一种基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法技术

本发明专利技术涉及膜接触器技术领域，具体涉及一种基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法。该方法将分解H2O2的高活性催化剂分散到聚偏氟乙烯铸膜液中，通过一定的技术手段制备亲水/疏水双层膜，搭建膜接触器系统使双层膜亲水侧直接接触吸收液，并向吸收液中添加一定浓度H2O2。膜接触器运行过程中，膜亲水侧中催化剂降解吸收液中的H2O2产生O2纳米微气泡，原位鼓泡提高流体边界层的湍流程度，显著降低膜接触器界面传质阻力，提高传质效率。本发明专利技术提高传质的方法无需复杂的装置，适应性强，适用于膜接触器技术领域，具有良好的工业应用前景。具有良好的工业应用前景。具有良好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法


[0001]本专利技术涉及膜接触器
，具体涉及一种基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法。

技术介绍

[0002]气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国由此提出碳达峰和碳中和目标。碳捕集技术被认为是碳减排的关键手段，目前碳捕集技术主要有吸收分离，吸附分离和膜分离。吸收法是目前比较成熟的碳捕集技术，应用广泛。
[0003]但是，目前最大问题在于吸收液消耗大、导致电厂安装该工艺后发电效率下降，同时吸收过程中存在一系列如液泛等问题。膜吸收系统是将膜和普通吸收相结合而出现的一种新型吸收系统，膜吸收系统具有传质效率高、吸收设备尺寸小、易于操作等特点，但是也存在传质阻力大等缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法，旨在解决膜吸收系统吸收CO2过程传质阻力大的问题，将原位鼓泡亲水/疏水双层膜应用于膜接触器
，具有良好的工业应用前景。采用的技术方案为：
[0005]一种基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法，利用亲水/疏水双层膜在膜接触器界面反生反应，原位鼓泡降低界面传质阻力，具体包括以下步骤：
[0006]步骤一，制备高活性催化剂：制备可降解H2O2产生O2的高活性催化剂；
[0007]步骤二，制备铸膜液：将PVDF溶于有机溶剂中，60℃机械搅拌24h，将步骤1中制备的高活性催化剂和添加剂加入到有机溶剂中，60℃机械搅拌12h，超声3h，真空脱泡24h，制得亲水侧铸膜液；将PVDF溶于有机溶剂中，60℃机械搅拌24h，真空脱泡24h，制得疏水侧铸膜液；
[0008]步骤三，制备亲水/疏水双层膜：通过一定技术手段将步骤二的铸膜液制成亲水侧负载高活性催化剂的亲水/疏水双层膜；
[0009]步骤四，配制吸收液，搭建膜接触器系统：向吸收液中添加一定浓度H2O2，搭建气液膜接触器系统，吸收液泵至亲水/疏水双层膜亲水侧，待吸收气体压送至亲水/疏水双层膜疏水侧。
[0010]优选的，所述步骤一中，制备的高活性催化剂可降解H2O2，并产生O2纳米微气泡，包括金属纳米颗粒、金属氧化物及其衍生物、过氧化氢酶中的至少一种。
[0011]优选的，所述步骤二中，制备均质铸膜液所使用的有机溶剂，包括N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的至少一种。
[0012]优选的，所述步骤二中，添加剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
[0013]优选的，所述步骤二中，PVDF含量为12～20％，有机溶剂含量为60～88％，高活性催化剂添加量范围为0.1～2％，添加剂添加范围为0～10％。
[0014]优选的，所述步骤三中，一定技术手段包括静电纺丝、湿法纺丝、疏水膜亲水改性、等离子体处理、物理沉积、化学沉积中的至少一种。
[0015]优选的，所述步骤四中，有机胺类CO2吸收液包括单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N
‑
甲基二乙醇胺、二异丙醇胺、二甘醇胺中的至少一种。
[0016]优选的，所述步骤四中，膜接触器包括膜蒸馏、膜萃取、膜吸收、膜吸附、膜汽提和渗透萃取中的至少一种。
[0017]优选的，所述步骤四中，待吸收气体包括CO2、H2S，NO2、SO2、NH3中的至少一种。
[0018]上述一种基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法在膜接触器
的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]1.通过静电纺丝手段制备的亲水/疏水双层膜接触器，通过降解CO2吸收液中的H2O2，产生大量O2纳米微气泡，原位鼓泡显著降低传质阻力，CO2吸收通量提高118％。
[0021]2.通过湿法纺丝手段制备的亲水/疏水双层膜接触器，通过降解CO2吸收液中的H2O2，产生大量O2纳米微气泡，原位鼓泡显著降低传质阻力，CO2吸收通量提高43％。
[0022]3.通过疏水膜亲水改性手段制备的亲水/疏水双层膜接触器，通过降解CO2吸收液中的H2O2，产生大量O2纳米微气泡，原位鼓泡显著降低传质阻力，CO2吸收通量提高61％。
附图说明
[0023]图1为原位鼓泡降低界面传质阻力原理图；
[0024]图2为CO2吸收通量数据汇总图；
[0025]图3为实施例1中静电纺丝制备亲水/疏水双层膜接触器SEM图，其中，图3(a)为亲水侧SEM图，图3(b)为疏水侧SEM图；
[0026]图4为实施例2中湿法纺丝工艺中纺丝头的竖切面图；
[0027]图5为实施例3中疏水膜亲水改性后膜表面SEM图。
[0028]图4中，11
‑
第一纺丝罐通道；12
‑
第二纺丝罐通道，13
‑
芯液罐通道。
具体实施方式
[0029]附图仅用于示例性说明；应当理解，下面所提到的实施例仅仅用来解释本专利技术，是为了便于描述本专利技术和简化描述，因此，不能理解为对本专利技术的限制。
[0030]以下结合实施例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。不同二氧化碳同位素气体均是购买的标准产品，其他未述及的技术方法采用现有技术。
[0031]本专利技术中涉及到一些化学物质的英文缩写：
[0032]聚偏氟乙烯：PVDF；
[0033]N
‑
甲基吡咯烷酮：NMP；
[0034]N,N
‑
二甲基甲酰胺：DMF；
[0035]二甲基乙酰胺：DMAc；
[0036]二甲基亚砜：DMSO；
[0037]聚乙二醇：PEG；
[0038]聚乙烯吡咯烷酮：PVP；
[0039]聚乙烯醇：PVA；
[0040]单乙醇胺：MEA；
[0041]二乙醇胺：DEA。
[0042]下面结合附图和实施例对本专利技术进行具体的说明。
[0043]实施例1
[0044]采用本专利技术提出的基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法，通过静电纺丝手段制备亲水/疏水双层膜接触器，具体包括以下步骤：
[0045]步骤1，制备MnO2高活性催化剂
[0046]将50mL蒸馏水和14mL硝酸(2M/L)加入到圆底烧瓶中，记作A液，称取2mM甘氨酸及20mM KMnO4溶于25mL蒸馏水中，搅拌均匀，记作B液，将B液缓慢滴加至A液中，70℃水浴反应1h制得棕色悬浮液，将悬浊液在8000rpm转速下离心，将得到的粉末在液氮中冻结，冷冻干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法，其特征在于，利用亲水/疏水双层膜在膜接触器界面反生反应，原位鼓泡降低界面传质阻力，具体包括以下步骤：步骤一，制备高活性催化剂：制备可降解H2O2产生O2的高活性催化剂；步骤二，制备铸膜液：将PVDF溶于有机溶剂中，60℃机械搅拌24h，将步骤1中制备的高活性催化剂和添加剂加入到有机溶剂中，60℃机械搅拌12h，超声3h，真空脱泡24h，制得亲水侧铸膜液；将PVDF溶于有机溶剂中，60℃机械搅拌24h，真空脱泡24h，制得疏水侧铸膜液；步骤三，制备亲水/疏水双层膜：通过一定技术手段将步骤二的铸膜液制成亲水侧负载高活性催化剂的亲水/疏水双层膜；步骤四，配制吸收液，搭建膜接触器系统：向吸收液中添加一定浓度H2O2，搭建气液膜接触器系统，吸收液泵至亲水/疏水双层膜亲水侧，待吸收气体压送至亲水/疏水双层膜疏水侧。2.根据权利要求1所述的一种基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法，其特征在于，所述步骤一中，制备的高活性催化剂可降解H2O2，并产生O2纳米微气泡，包括金属纳米颗粒、金属氧化物及其衍生物、过氧化氢酶中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种基于亲水/疏水双层膜强化膜接触器传质的方法，其特征在于，所述步骤二中，制备均质铸膜液所使用的有机溶剂，包括N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐泽文，侯影飞，王明，任重义，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：