Son yıllarda, küresel ısınmanın yoğunlaşmasıyla birlikte, ana sera gazı olan CO2, dünyanın her yerinden büyük ilgi gördü. CO2 emisyonlarının neden olduğu küresel iklim değişikliği sorununu hafifletmek için bu yıl "karbon emisyon azaltımı" sağlamak için "karbon zirvesi" ve "karbon nötrlüğü" resmi olarak önerildi. İnsan faktörleri, atmosferdeki CO2 konsantrasyonunda önemli bir artışa yol açmıştır. Bunlar arasında, kömürle çalışan elektrik santrallerinin CO2 emisyonları dünyanın yaklaşık 1/3'ünü oluşturmaktadır. Bu nedenle kömürlü termik santrallerin atık gazında bulunan büyük miktarda CO2'nin uzaklaştırılmasına yönelik tedbirlerin alınması gerekmektedir.

Şu anda, CO2'yi baca gazından uzaklaştırmak için endüstriyel yöntemler, esas olarak solvent absorpsiyonu, membran ayırma, basınç salınımlı adsorpsiyon ve kriyojenik damıtma gibi geleneksel teknikleri içerir.

Temel

Membran absorpsiyon yöntemi, membran ayırma ve sıradan absorpsiyonu birleştiren yeni bir ayırma işlemi türüdür. Mikro gözenekli membranlar çoğunlukla kullanılır. Bu işlemde, gaz-sıvı iki faz, sabit gaz-sıvı arayüzünde temas ve kütle transferi ve sırasıyla her iki tarafta akar. Membranın kendisinin gaza seçiciliği yoktur ve yalnızca emiciyi gazdan ayırmaya yarar. CO2, bir konsantrasyon gradyanının etkisi altında membrandan sıvı tarafa yayılır. Teorik olarak, membran gözenekleri, zarın bir tarafında ayrılmış gaz moleküllerinin, zarın diğer tarafına yüksek basınç olmadan nüfuz etmesine izin verebilir ve karışık gazları ayırma amacına, esas olarak, emicinin seçici absorpsiyonu ile ulaşılır.

Temel prensip aşağıdaki şekilde gösterilmiştir (örnek olarak hidrofobik gözenekli bir membran alın). Bu teknolojinin gaz ayrımı elde etmek için itici gücü, fazlar arası konsantrasyon farkıdır. Kütle aktarım işlemi Fick yasasına dayanır ve aşağıdaki üç adıma bölünebilir: ① İlk olarak, çözünen karışım gazdan membran gözeneklerinin yüzeyine aktarılır; ② Çözünen daha sonra membran gözeneklerinden Difüzyondan gaz-sıvı iki fazlı arayüze aktarılır; ③Çözünen sonunda emici ile reaksiyona girer ve sıvı fazın ana gövdesine emilir.

Karbondioksit absorpsiyon teknolojisi için farklı membran türleri

(1) Metal organik çerçeve malzemesi (MOF) organosilan ile birleştirilir ve yüksek akı ve yüksek seçiciliğe sahip bir dizi kompozit gaz ayırma membranı başarıyla tasarlanmış ve hazırlanmıştır.

(2) Hem yüksek geçirgenliğe hem de yüksek seçiciliğe sahip karma matris membranlar (MMM'ler) biçiminde yeni bir tür karbondioksit ayırma membranı malzemesi geliştirmek için mikro gözenekli polimer (PIM-1) ve metal organik çerçeve malzemesi (MOF) nanoparçacıklarının seçilmesi .

(3) Elektro-eğirme, gözenek oluşumu, hidroliz reaksiyonu ve aşılama teknolojisinin kombinasyonu, başarılı bir şekilde esnek ve güçlü bir polietilenimin aşılanmış poliakrilonitril nanogözenekli elyaf membranı (HPPAN-PEI) hazırladı.

Etkileyen faktörlerin analizi

(1) Kütle transferi sırasında etki analizi

A. CO2 oranı

Çift membran kütle transferi teorisine göre, CO2 oranı ne kadar yüksekse, gaz fazı sınır tabakası o kadar kalındır, bu da büyük miktarda CO2'nin membran gözeneklerinde difüzyonunu engeller, böylece toplam kütle transfer katsayısını azaltır; ve CO2'nin bir kısmı, emici Kontaktör ile tamamen reaksiyona girmeden membranı terk ederse, CO2 çıkarma hızı da azalacaktır. Bununla birlikte, CO2'nin hacim oranı arttıkça, CO2'nin fazları arasındaki konsantrasyon farkı artar, böylece CO2'nin difüzyonu ve kütle aktarım hızı artar.

(2) Süreç faktörleri

A. Membran yapısı

İçi boş fiber membranın sayısının ve çapının sabit olması koşuluyla fiber membranın uzunluğunun artması, membranın yüzey alanını arttırır, bu da CO2'nin sıvı fazda kalma süresini arttırır, bu da iletkendir. tam absorpsiyon reaksiyonuna Bununla birlikte, membran kolonu çok uzunsa, absorpsiyon sıvısı doygun hale gelecek, bu da gaz-sıvı kütle transferinin itici gücünü azaltacak ve kütle transfer verimini azaltacaktır.

B. Membran malzemesi

Membran malzemeleri esas olarak organik polimer membranlar, inorganik membranlar ve organik-inorganik kompozit membranlardır. Bunlar arasında yaygın olarak kullanılan membran malzemeleri polietilen (PE), polipropilen (PP), politetrafloroetilen (PTFE), polisülfon (PS), polietersülfon (PES), poliviniliden florür (PVDF), vb.'dir. Halihazırda kullanılan çeşitli membran malzemelerinin tümü hidrofobik membran malzemeleridir, böylece gaz fazı absorpsiyon işlemi sırasında içi boş fiber membran gözeneklerini doldurur ve hidrofilik membran malzemelerinden daha büyük bir temas alanına sahiptir. İçi boş fiber membran modülleri farklı membran malzemeleri kullanır. Bunlardan polipropilen membranlar, ucuz malzeme fiyatları nedeniyle endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. PTFE membran, iyi mekanik özellikler ve kendinden yağlama özellikleri, yüksek ve düşük sıcaklık direnci, kimyasal korozyon direnci sergiler ve diğer membran malzemelerinden üstündür.

C. emici

Membran absorpsiyonunda kullanılan emici su, güçlü alkali çözeltiler ve inorganik tuz çözeltilerinden geleneksel alkol amin çözeltilerine ve ardından katkı maddeleri veya birkaç çözelti içeren karışık emicilere dönüşmüştür. Aşağıdaki şekil, her bir emicinin avantajlarını ve dezavantajlarını göstermektedir.