中空纤维膜

中空纤维膜在废气治理中的应用

摘要：本文主要介绍中空纤维膜在废弃治理中的应用。具体介绍了中空纤维膜分离气体理论研究，酸性气体SO2，H2S，CO2及VOC s气体二甲苯膜处理的相关进展，最后对中空纤维膜的发展前景方向作出展望。关键字：中空纤维膜酸性气体

膜分离技术

膜分离技术是自本世纪60年代中期发展起来的高新技术。在现代工业技术和人们日常生活中，膜与膜分离技术扮演着相当重要的角色，它已成为许多国家，特别是发达国家最受瞩目的优先发展的高新技术产业之一。据有关文献估计：2010年全球膜市场将达到22亿美元，主要包括反渗透膜、超滤膜和微滤膜。而该预测还仅仅指膜组件，并不包括相应构筑物和管道的费用。

膜分离技术是以高分子材料学为基础，以天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、浓缩、提纯及净化的方法。膜和膜分离技术主要可分为：微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、透析膜、电渗析（离子交换）膜、渗透汽化膜和气体分离膜。

不同的膜过程具有不同的机理，适用于不同的对象和要求。膜分离技术的最大特点是：常温操作、无相态变化、高效节能、无二次污染、工艺设备简单、操作方便、容易实现自动化控制。膜分离技术广泛应用于水质处理、化工、医药、食品、饮料等行业，几乎已渗入到国民经济各个领域。膜分离过程已成为解决当代能源、资源和环境污染问题的重要高新技术和可持续发展技术的基础，今后它可能对工业、农业、环境工程在某种程度上带来革命性的推动作用。

对于膜分离技术的研究，大体上可分为三个方面：（1）膜材料的研究，即是利用高分子材料学为基础，在多种可制膜的高分子材料中，选择出一种优良的膜材料。它必须具有良好的成膜稳定性、抗氧化性、抗水解性、耐热性、耐污染性、机械强度、耐酸碱性及性能价格比。（2）膜工艺的研究，即是利用制膜设备，通过对制膜过程中制膜液组分的种类和配比的控制及压力、温度、速度等参数的控制，确定出一个最佳的制膜工艺，而制出最优良性能的膜。（3）膜过程的研究，即是研究膜的应用机理、应用工艺技术，或是研究膜在工农业生产及环保方面可能的府用领域。

中空纤维膜

气体膜分离技术是本世纪开发成功的一种高新技术，和传统的分离技术相比，由于其具有投资少、耗能低、使用方便和操作弹性大等特点。因此，气体膜分离技术的研究和开发已成为世界各国在高新技术领域中竞争的热点。作为高技术之一的气体膜分离技术，从一出现，就在废气治理中得到了开发和应用。例

如，二氧化碳的分离和回收，二氧化硫的分离和回收，汽油蒸气的回收，氟利昂及替代氟利昂回收，天然气净化以及有机蒸汽回收等。目前，气体膜分离技术在废治理中的应用还处于初始阶段，但是他本身所具有的潜在优势己越来越引起人们的重视。气体膜分离技术成功地进入工业应用才20年的时间，但是，已成为过去的20年中最有意义的新型技术。

中空纤维膜技术是一种新型的气体吸收膜技术，与气体分离膜技术相比，在薄膜的另一侧有化学吸收液的存在，气体吸收膜技术中的微孔薄膜材料只是起到隔离气体与吸收液的作用，微孔膜上的微孔足够大，理论上可以允许膜一侧被分离的气体的分子不需要很高的压力就可以穿过微孔膜到另一侧，主要依靠膜一侧吸收液通过和另一侧的被分离组分进行化学反应的原理来达到分离的目的。

中空纤维膜作为具有特殊功能的高分子合成膜，近三十年来发展非常迅速。由于其特殊的优异性能，使其用途愈来愈广泛，已引起世界各国科学界的普遍重视。中空纤维膜具有以下的优点：（1）单位体积装填密度大。由于中空纤维的直径小，在装置中可紧密排列，因而由它组成的膜器装填密度大。

（2）不用任何支撑体。中空纤维膜的膜器可以自己支撑，可使膜器的加工简化，费用降低。

（3）设备小型化，结构简单化。由于中空纤维膜具有表面积大和自我支撑的特点，所以它可制成小型轻便的装置，应用于医学和生物制品方面。

中空纤维膜的理论研究

膜分离过程的研究包括影响分离效果的操作条件的控制，膜与被分离组分的相互作用及其对分离的影响和分离过程的传质研究等。分离过程的研究对于开发具有更加优异的分离性能的中空纤维膜十分重要。

Zhang等研究了多孔中空纤维膜气体吸收过程并指出：液相传质阻力和膜相传质阻力对不同的气液体系所起的作用各不相同，当吸收过程伴有的化学反应为瞬间反应时，传质过程为膜相扩散控制；若反应为快速或慢反应，膜相阻力与液相阻力相比很小，这一过程为液相扩散控制。

刘丽英等提出了计算中空纤维空气分离膜分离性能的数学模型，在计算机上考察了操作参数和膜性能参数对膜分离性能的影响。庞婉等在膜式氧合器水气传递实验装置上分别对两种不同的交叉流微孔聚丙烯中空纤维膜式氧合器进行了水气传递实验，测得了氧合器的结构因子α、β，并用Mockros和Leonard对氧气传递建立的半经验数学模型拟合了血气传递实验中氧气在血中的传递速率。结果表明，理论计算与实验数据十分吻合，偏差小于10%。

中空纤维膜吸收法脱除SO2的实验研究

国外的学者在研究中空纤维膜接触器吸附SO2的过程中，使用了不同的试剂，诸如，NaOH、NaCO3、Na2SO3、NaHCO3等，结果表明在气体流速保持2L/min，进气SO2浓度为2000ppm时，NaCO3有最高的去除效率。田建等在此基础上对接触器作出改进，使用中空纤维含浸液膜渗透器，以水、亚硫酸钠溶液以

及柠檬酸钠溶液为膜液，分别考察了室温下，不同原料气/吹扫气进气速率和不同膜液浓度对SO2、O2、N2等组成的混合气体中SO2的去除效果以及吹扫气出口处SO2浓度的影响。结果表明：该反应器在适宜的操作条件下不仅能较好地去除SO2，而且对SO2的富集效果也十分明显。

中空纤维膜接触器分离烟气中H2S试验研究

赵会军等用中空纤维膜分离天然气中的H2S得出以下结论：脱硫率随进气流量提高而降低；膜两侧压差对脱硫率影响显著，提高膜两侧压差有助于增强H2S传质，但烃损失率增加；分离系数α与温度关系不大。实验条件下，对H2S含量为296 mg /m3的原料气，单级膜组件脱硫率可达97%，产品气H2S含量低于管输标准。该实验提供了从天然气中脱除H2S的一种有效方法。李晓婷用膜基吸收恶臭气体H2S的实验研究中对吸附剂的循环次数做了深入的研究。结果表明随着吸收剂循环利用次数的增加，H2S脱除率连续降低，并提出要合理控制吸收剂循环次数和循环比例。

中空纤维膜接触器分离烟气中CO2试验研究

张卫风等在中空纤维膜接触器试验台上利用模拟烟气进行CO2的分离试验，采用MDEA与MEA和MDEA与氨基酸盐2种混合吸收液，考察吸收液种类、浓度、CO2负荷和烟气CO2含量对脱除效率和传质速率的影响。结果表明结果表明，在MDEA水溶液中加入MEA或氨基酸盐作为添加剂，大大提高了脱除效率，改善了传质速率，相对于单一的MDEA吸收液，混合吸收液的脱除效率平均提高了200%，传质速率提高了238%，其中以MEA作为添加剂的混合吸收液的传质速率在2种混合吸收液中最好，传质速率最高可以达到1.7 mol·m - 2·h - 1。A. Bottino等在用中空纤维膜分接触器分离烟气中的CO2的试验中分析了包括膜材料、膜结构、MEA和NaOH的浓度、吸收气的流速，温度等。在浓度为3mol的MEA的环境中，去除效率超过97%且有较理想的传质系数。吕月梅等同样利用中空纤维膜法去除SO2，使用三种试剂MEA、MDEA、去离子水。得出剂分离CO2的效率由大到小依次为MEA、MDEA、去离子水；CO2的脱除率和传质通量随吸收剂浓度、流速的提高均增加；CO2的脱除率随气体流速和CO2在入口气体中体积分数的增大而减小，而传质速率却随之增加。统长时间运行后发现存在膜孔润湿现象，进而影响膜的传质性能。因此，吸收剂浓度须在传质和长时间运行性能之间进行权衡。

中空纤维膜接触器分离二甲苯的研究

修光利等采用中空纤维膜生物反应器(HFMB)去除气态二甲苯，研究比较了不同进口浓度、停留时间以及悬浮液中生物量对二甲苯净化效果的影响。实验结果表明：随着进口浓度的增加二甲苯净化效率先升高后平稳，生化降解能力(EC)则明显升高；随着停留时间的增加，二甲苯的净化效率明显增加。实验发现最佳的实验条件是：悬浮液循环速率50L/h，pH值介于6.5到7.5之间，溶解氧6mg /L 左右，停留时间t R =8.8s；二甲苯的处理效率可达到92%以上。结果还显示二甲苯净化效率随悬浮液循环流速的变化而波动不大，进口二甲苯的组成对净化效率也有一定的影响。与传统的生物法相比，膜生物反应器可以实现气相和