疏水性微孔膜在CO2吸收剂中的润湿机理及实验研究
膜接触器吸收技术是传统的吸收技术与膜分离技术的耦合，可有效解决CO2捕集问题。但是，膜接触器中膜的存在不仅引入了一个新的阻力-膜阻，并且，在膜接触器的使用过程中，疏水性微孔膜易被吸收剂浸润，导致膜传质阻力增加，膜气体吸收效率严重下降。 本文主要探讨疏水性微孔膜在CO2吸收剂中润湿的演变过程，采用直接称重法，实时测量膜重量的变化，获得单位面积上膜的增重量或膜润湿百分率随时间的变化关系曲线，以此来表征膜浸润的程度。实验或表征结果表明: 1.膜在吸收剂的双侧润湿过程中，恒定温度15℃，所有实验的膜润湿百分率总体呈现先快速增长后缓慢增长的趋势，并且在24h内都小于50％;膜在吸收剂的单侧润湿过程中，所有实验的单位面积上膜的增重量曲线先下降后上升，并且下降段时间持续20-120min不等。 2.通过X-射线光电子能谱分析、傅里叶转换红外光谱分析、热重分析、SEM扫描电镜、膜孔径分布的测定以及接触角测量等手段对被浸润的膜样品进行分析、表征，说明溶质分子扩散进入膜相，使得膜材料发生溶胀，导致膜的平均孔径增加，孔隙率减小;并且溶质分子在膜上的吸附导致膜的疏水性严重下降。 3.EDX分析结果显示，膜孔内目标元素的吸附量从接触侧到另一侧呈现逐渐下降的趋势，并且，随着膜与吸收剂接触时间的延长，目标元素的吸附量及吸附距离都逐渐增加;结合膜与吸收剂的单侧和双侧润湿实验结果，最终推导出疏水膜在CO2吸收剂溶液中润湿的演变过程。此过程可描述为:(i)膜孔入口处气-液界面的改变，即膜孔从不润湿到润湿的转变过程;(ii)液体在膜孔内的推进过程，伴随着溶质分子在移动半月板前的扩散，膜孔壁面逐渐亲水化，液体在浓度梯度的作用下沿膜孔前进。 另外，本工作也考察了影响膜润湿的主要因素，实验中采用聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)三种材质的膜，二乙醇胺(DEA)、碳酸丙烯酯(PC)和甘氨酸钾(PG)三种有机吸收剂。实验结果表明:溶液温度越高或膜两侧的压差越大，膜润湿的越快;不同种类的吸收剂对膜润湿的影响，与吸收剂的表面张力密切相关;对于给定的吸收剂种类和膜材料，溶液的特性，如表面张力和粘度，是影响膜润湿的关键因素;另外，膜孔尺寸和孔隙率等因素也影响膜润湿的速率。
疏水性微孔膜;二氧化碳吸收剂;润湿机理;结构表征
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
丁忠伟
2017
中文
TB383
92
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）