膜法VOCs气体分离技术研究进展
发布时间：2021-07-04 07:33
利用绿色节能的膜分离技术实现工业源VOCs的分离回收,具有重要的科学意义和研究价值.以VOCs分离技术的进展为核心,综述了国内现有的VOCs分离膜材料开发研究现状,介绍了目前蒸汽渗透过程研究进展,列举了VOCs分离膜的膜材料、分离膜机理研究、渗透侧浓度检测以及典型的工业应用案例,为分离膜技术在VOCs分离回收领域的应用提供参考.
【文章来源】：膜科学与技术. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
多孔膜分离机理示意图
与多孔膜不同,致密膜的分离机理大家比较认同的是溶解扩散机理,如图2所示,即通过被分离物质分子与膜优先吸附扩散速度的不同而实现分离[33].传统的VOCs分离膜对氮气或空气的亲和性较低,导致其吸附选择性远低于VOCs分子.而VOCs膜法分离过程中,溶解过程往往是速率限制步骤,从而VOCs优先吸附透过,氮气被截留,实现分离[19].本课题组研究[34]发现,除了膜本征性能对分离性能的影响外,温度、浓度、真空度等操作参数也会对膜分离性能产生影响.操作温度升高,分离膜性能下降,这也进一步说明溶解过程是速率限制步骤.而浓度升高,会导致VOCs(正己烷)与氮气的竞争加剧,VOCs优先吸附占据膜内更多扩散通道,阻碍氮气传递,从而引起分离因子的降低.另外,溶解扩散机理的跨膜驱动力是分压差,驱动方式主要有真空驱动、吹扫气驱动[33].出于经济性考虑,真空驱动是目前工业应用通常采用的方式,工业上一般采用真空度为2 000 Pa以上的真空.但由于此时跨膜驱动力的下降,使得膜性能急剧下降.目前还没有理论来深入解释这一现象.本课题组[34-35]对其进行了初步探究,研究表明,VOCs饱和蒸汽压远比氮气的饱和蒸汽压低,因此VOCs对下游侧真空的降低更敏感,从而其下降幅度远大于氮气的下降幅度,从而造成真空度对膜性能的影响较大.2 VOCs分离膜材料
分子筛是一种具有均一孔道结构、比表面积较大的多孔结晶硅铝酸盐材料[43].分子筛骨架的最基本结构是 SiO 4 4- 和AlO 4 5- 四面体,通过共有的氧原子结合而形成三维网状结构的结晶[43].分子筛可根据分子大小展现不同的选择性,这是因为硅及铝原子通过氧构成的环状结构,这个环的大小决定分子筛的筛分孔径,如图5所示.因此,通过调控分子筛中笼状空间的大小,可以有效地用于气体中VOCs的分离.周永贤等[44]在α - Al2O3陶瓷管表面制备出了密实、连续、均匀且无孔、无裂纹存在的13X分子筛膜层,所制备的13X分子筛膜层能将氮气中微量的二甲醚、甲醇、丙醛3种VOCs杂质脱除至100 mg/L以下.图5 分子筛膜组成和机构示意图[42]
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚二甲基硅氧烷-陶瓷复合膜的正己烷-N2分离性能[J]. 宗传欣,杨小泉,周浩力,金万勤. 南京工业大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]石化企业中间罐区VOCs治理工艺选择与流程优化[J]. 刘春平. 化工环保. 2019(03)
[3]工业VOCs经济手段和工程技术减排对比性分析[J]. 王宇飞,刘昌新,程杰,郝郑平,王铮. 环境科学. 2015(04)
[4]重点行业挥发性有机物排放特征与评估分析[J]. 王海林,聂磊,李靖,王宇飞,王刚,王俊慧,郝郑平. 科学通报. 2012(19)
[5]冷凝法回收有机溶剂的优化设计[J]. 冯岩岩,徐森,刘大斌,梁欢. 化学工程. 2012(01)
[6]加油站膜分离烃类VOCs回收技术分析[J]. 王建宏,陈家庆,曹建树. 膜科学与技术. 2009(03)
[7]活性炭吸附回收挥发性有机物的研究进展[J]. 李婕,羌宁. 化工环保. 2008(01)
[8]气体分离膜应用的现状和未来[J]. 徐仁贤. 膜科学与技术. 2003(04)
本文编号：3264337
【文章来源】：膜科学与技术. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
多孔膜分离机理示意图
与多孔膜不同,致密膜的分离机理大家比较认同的是溶解扩散机理,如图2所示,即通过被分离物质分子与膜优先吸附扩散速度的不同而实现分离[33].传统的VOCs分离膜对氮气或空气的亲和性较低,导致其吸附选择性远低于VOCs分子.而VOCs膜法分离过程中,溶解过程往往是速率限制步骤,从而VOCs优先吸附透过,氮气被截留,实现分离[19].本课题组研究[34]发现,除了膜本征性能对分离性能的影响外,温度、浓度、真空度等操作参数也会对膜分离性能产生影响.操作温度升高,分离膜性能下降,这也进一步说明溶解过程是速率限制步骤.而浓度升高,会导致VOCs(正己烷)与氮气的竞争加剧,VOCs优先吸附占据膜内更多扩散通道,阻碍氮气传递,从而引起分离因子的降低.另外,溶解扩散机理的跨膜驱动力是分压差,驱动方式主要有真空驱动、吹扫气驱动[33].出于经济性考虑,真空驱动是目前工业应用通常采用的方式,工业上一般采用真空度为2 000 Pa以上的真空.但由于此时跨膜驱动力的下降,使得膜性能急剧下降.目前还没有理论来深入解释这一现象.本课题组[34-35]对其进行了初步探究,研究表明,VOCs饱和蒸汽压远比氮气的饱和蒸汽压低,因此VOCs对下游侧真空的降低更敏感,从而其下降幅度远大于氮气的下降幅度,从而造成真空度对膜性能的影响较大.2 VOCs分离膜材料
分子筛是一种具有均一孔道结构、比表面积较大的多孔结晶硅铝酸盐材料[43].分子筛骨架的最基本结构是 SiO 4 4- 和AlO 4 5- 四面体,通过共有的氧原子结合而形成三维网状结构的结晶[43].分子筛可根据分子大小展现不同的选择性,这是因为硅及铝原子通过氧构成的环状结构,这个环的大小决定分子筛的筛分孔径,如图5所示.因此,通过调控分子筛中笼状空间的大小,可以有效地用于气体中VOCs的分离.周永贤等[44]在α - Al2O3陶瓷管表面制备出了密实、连续、均匀且无孔、无裂纹存在的13X分子筛膜层,所制备的13X分子筛膜层能将氮气中微量的二甲醚、甲醇、丙醛3种VOCs杂质脱除至100 mg/L以下.图5 分子筛膜组成和机构示意图[42]
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚二甲基硅氧烷-陶瓷复合膜的正己烷-N2分离性能[J]. 宗传欣,杨小泉,周浩力,金万勤. 南京工业大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]石化企业中间罐区VOCs治理工艺选择与流程优化[J]. 刘春平. 化工环保. 2019(03)
[3]工业VOCs经济手段和工程技术减排对比性分析[J]. 王宇飞,刘昌新,程杰,郝郑平,王铮. 环境科学. 2015(04)
[4]重点行业挥发性有机物排放特征与评估分析[J]. 王海林,聂磊,李靖,王宇飞,王刚,王俊慧,郝郑平. 科学通报. 2012(19)
[5]冷凝法回收有机溶剂的优化设计[J]. 冯岩岩,徐森,刘大斌,梁欢. 化学工程. 2012(01)
[6]加油站膜分离烃类VOCs回收技术分析[J]. 王建宏,陈家庆,曹建树. 膜科学与技术. 2009(03)
[7]活性炭吸附回收挥发性有机物的研究进展[J]. 李婕,羌宁. 化工环保. 2008(01)
[8]气体分离膜应用的现状和未来[J]. 徐仁贤. 膜科学与技术. 2003(04)
本文编号：3264337
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