膜分离技术在废气处理中的应用

膜分离是利用特殊制造的具有选择透过性的薄膜在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新分离方法。外部推动力常见的有：浓度差、压力差、电位差以及浓度差加化学反应等。膜分离技术能适用于常规分离方法不能经济、合理地进行分离的过程，具有能耗低、效率高、过程简单，环境友好等优点。自20世纪60年代工业化后，其应用领域日趋扩宽，并将对21世纪工业技术改造产生产生深远的影响。

气体膜分离技术是使原料气与膜接触，在膜两侧压力差驱动下，不同气体分子透过膜的速率不同，渗透速率快的组分在渗透侧富集，而渗透速率慢的气体分子则在原料侧富集。利用渗透速率差，使不同的气体组分在膜两侧富集实现分离。对不同结构的膜，气体通过膜的传递扩散方式不同，因而分离机理也各异。目前常见的气体通过膜的分离机理有两种：其一，气体通过多孔膜的微孔扩散机理；其二，气体通过非多孔膜的溶解/扩散机理。    

气体膜分离技术一出现，就被应用在了废气治理领域。例如CO2的分离和回收，SO2的分离和回收，天然气的净化和有机蒸汽回收等等。

以有机蒸汽的净化回收为例：有机蒸汽是工业中经常排放的污染物，其成分大多毒性大，其中氯乙烯、苯、多环芳烃等更是被列为致癌物，对环境和人身体健康会造成极大危害。且有机蒸汽易燃易爆，不安全。但有机蒸汽中的烃类气体，如烷烃、烯烃等具有较高的回收价值。目前处理方法有4种：燃烧、冷凝、吸附以及膜分离。头一种属于破坏法，它将有机蒸汽燃烧转化成CO2和H2O。后三种属于非破坏法。冷凝和吸附存在冷凝液和废吸收剂造成的二次污染问题。

膜分离法使用对有机物具有渗透选择性的聚合物复合膜。当废气与膜材料表面接触时，有机物可以透过膜，从废气中分离出来。为保证过程的进行，在膜的进料侧使用压缩机或渗透侧使用真空泵，使膜的两侧形成压力差，达到膜渗透所需的推动力。原理如下图所示：

2002年，中国科学院大连化学物理研究所和吉化公司合作进行了现场实验，采用螺旋卷式膜分离器回收聚乙烯生产过程中排放的乙烯和丁烯单体，取得了较好的效果。

目前国外实验室研究分离有机废气使用的多的膜分离材料是聚二甲基硅氧烷PDMS。它从结构上看属半无机、半有机结构的高分子，具有许多独特性能，是目前发现的气体渗透性能好的高分子膜材料之一。研究人员大多是采用聚枫PS、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚间苯二甲酸乙二酯PEI等材料作为支撑层，使用PDMS涂层堵孔，作为选择性分离层，选择性分离有机废气/N2或空气体系，都取得了理想的实验结果。目前，我国采用膜分离法回收VOCs的工作刚刚开始研究，离实现工业化应用还有一段距离。虽然目前气体膜分离技术在废气治理中还属于初期阶段，但其潜在优势巨大，前景不可限量。

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