A novel gas purification system for biologically produced gases

A novel gas purification system employing membrane contactors with dense membranes in the absorption as well as the desorption unit has been tested concerning the separation efficiency of CO₂. The separation efficiency of potassium carbonate (K₂CO₃) promoted by piperazine (PZ) as absorption medium has been tested in the absorption unit. Since the absorbent will be regenerated in the desorption unit, the influence of temperature, sweep flow rate and absorbent type (0.5 M K₂CO₃ and 0.5 M K₂CO₃/0.5 M PZ) on the separation efficiency of CO₂ in the desorption unit has been investigated. Desorption by vacuum has been considered as well.In addition experimental results of the coupling of a bioreactor producing hydrogen by anoxygenic photosynthesis (low and fluctuating product gas flow rates and fluctuating compositions) with a membrane contactor for gas purification are reported. This was done in order to show the applicability of this system to processes producing biogases.     

膜接触器在环境治理中的应用研究进展

膜接触器是将膜分离和传统化工单元操作有机结合而成的一种新型高效分离器,可不通过两相的直接接触而实现相间传质.继21世纪初首个工业化实例成功以来,在废水中芳香族化合物脱除、重金属选择吸收、废气中氨、CO2、H2S去除等多个领域的环境治理中,膜接触器技术的研究与应用日益重要.在此基础上,文章对膜蒸馏、膜吸收、膜萃取和膜填料...     

CO2 adsorption using TiO2 composite polymeric membranes: A kinetic study

CO₂ is the main greenhouse gas which causes global climatic changes on larger scale. Many techniques have been utilised to capture CO₂. Membrane gas separation is a fast growing CO₂ capture technique, particularly gas separation by composite membranes. The separation of CO₂ by a membrane is not just a process to physically sieve out of CO₂ through the controlled membrane pore size. It mainly depends upon diffusion and solubility of gases, particularly for composite dense membranes. The blended components in composite membranes have a high capability to adsorb CO₂. The adsorption kinetics of the gases may directly affect diffusion and solubility. In this study, we have investigated the adsorption behaviour of CO₂ in pure and composite membranes to explore the complete understanding of diffusion and solubility of CO₂ through membranes. Pure cellulose acetate (CA) and cellulose acetate-titania nanoparticle (CA-TiO₂) composite membranes were fabricated and characterised using SEM and FTIR analysis. The results indicated that the blended CA-TiO₂ membrane adsorbed more quantity of CO₂ gas as compared to pure CA membrane. The high CO₂ adsorption capacity may enhance the diffusion and solubility of CO₂ in the CA-TiO₂ composite membrane, which results in a better CO₂ separation. The experimental data was modelled by Pseudo first-order, pseudo second order and intra particle diffusion models. According to correlation factor R², the Pseudo second order model was fitted well with experimental data. The intra particle diffusion model revealed that adsorption in dense membranes was not solely consisting of intra particle diffusion.     

电控膜生物反应器技术回顾与展望

电控膜生物反应器（Electrical membrane bioreactor，eMBR）在膜生物反应器中引入电极反应、电场效应，将膜分离技术、微生物降解以及电化学水处理技术有机结合，提升出水水质、减缓膜污染、强化产生物气，对构建"碳中和"型污水处理技术模式具有重要科学意义和应用价值.近年来，膜材料科学和反应器设计不断发展，推动eMBR技术进步，在强化污染物去除、电化学控制膜污染和微生物电化学响应原理方面取得重要进展；对eMBR的研究出现新态势：注重导电膜/膜电极材料研制与应用、回收污水中资源与能源、短流程-无药剂的反应器构造和工艺设计.本文总结回顾了国内外相关研究，分析了eMBR的基本特征和优势功能，重点关注膜污染电控原理以及微生物的电场响应机制，并展望了eMBR的发展趋势，以期推动电驱动膜分离技术的研究与应用.     

无机分离膜与环境保护

本文综述了无机分离膜的制备方法及其在环境保护领域中的应用现状，并对无机分离膜在工业废水和工业废气治理中的应用前景进行了展望。     

采油污水对离子交换膜的污染研究

为了缓解油田污水对离子交换膜的污染程度,使电渗析技术更好地用于油田污水处理,从而实现含聚合物采油污水的良性循环,针对含聚采油污水对离子交换膜的污染情况进行了考察.实验考察了相同工况下,淡室溶液电导率下降到0.9mS·cm-1所经历的时间、平均电流和膜面电阻等参数的变化,确定了离子交换膜的污染状况,分别考察了含聚合物采油污水中的固体悬浮物、聚合物和原油对离子交换膜性能的影响.实验结果表明,部分固体悬浮物集聚在阴离子交换膜和阳离子交换膜表面甚至内部从而造成膜污染,但相对于阴膜,悬浮物对阳膜性能的影响更严重;聚合物可聚集在阴膜表面,对于阴膜的透过性有一定的影响;原油在阴膜表面甚至内部形成致密的油膜,对其造成严重污染,但对阳膜的影响较小.利用酸碱液以及非离子表面活性剂(AEO-9)作为清洗剂,并添加少量的助洗剂(如三聚磷酸钠),阴膜过滤能力可以得到有效恢复.     

有机大分子对聚酰胺复合纳滤膜偏硅酸钠污染的影响

选用腐殖酸(HA),海藻酸钠(SA),牛血清蛋白(BSA)和偏硅酸钠分别模拟水体中有机大分子和无机污染物对聚酰胺复合纳滤膜进行了膜污染试验.结合原子力显微镜(AFM)及自制的胶体探针定量测定了不同条件下,膜-偏硅酸钠以及偏硅酸钠-偏硅酸钠之间的作用力.分析了污染膜的表面结构特征及其通量恢复率,系统考察了膜表面吸附不同有机大分子后,对随后硅酸盐污染行为的影响.结果表明:膜表面吸附HA和SA后,膜面负电位增加,与偏硅酸钠之间静电斥力变大,导致其结合能力减弱,减缓了结垢污染.然而,吸附BSA后的膜与无有机条件膜相比,负电位基本一致,故对纳滤膜结垢过程几乎无影响.     

在超滤草浆黑液过程中膜阻力的分布

采用截留分子量30000,20000,10000和6000的超滤膜,对草浆黑液进行了超滤过程中膜阻力分布的研究.通过测定不同条件下膜样品的通量,对聚乙二醇标准物的截留率,指出在超滤黑液过程中各部分阻力的比例和超滤膜的分离特性的变化.各种膜样品的热重分析结果表明,膜污染是由微量有机物引起的污染.     

纳滤膜截留特性与膜基本特征之间关系的研究

选择DF10、DF30、DF90 3种纳滤膜对无机盐(NaCl和CaCl_2)、微量有机物(药物及个人护理品)、富里酸溶液进行纳滤实验,考察具有不同物理化学特性的膜对不同种类溶质的截留能力差异.结果表明,膜孔大小和带电量共同决定了纳滤膜对无机物的截留率,而微量有机物和天然有机物的截留率主要由膜孔径决定.膜活性层厚度很大程度上影响了膜的透水系数;膜的透水系数与NaCl截留率呈现负相关;膜的截留分子量越小,其对有机物的截留率越高;脱盐(NaCl)能力不一定正相关于有机物截留率,也不正相关于CaCl_2截留率.研究发现,DF30具有低无机物截留、高有机物截留的特性,这与其截留分子量适中、膜表面电荷密度低、活性层厚度小等物化性质密切相关.     

Effect of non-solvent additives on the morphology, pore structure, and direct contact membrane distillation performance of PVDF-CTFE hydrophobic membranes

Four common types of additives for polymer membrane preparation including organic macromolecule and micromolecule additives, inorganic salts and acids, and the strong non-solvent H2 O were used to prepare poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene)(PVDF-CTFE) hydrophobic flat-sheet membranes. Membrane properties including morphology, porosity, hydrophobicity, pore size and pore distribution were investigated, and the permeability was evaluated via direct contact membrane distillation(DCMD) of 3.5 g/L Na Cl solution in a DCMD configuration. Both inorganic and organic micromolecule additives were found to slightly influence membrane hydrophobicity. Polyethylene glycol(PEG),organic acids, Li Cl, Mg Cl2, and Li Cl/H2 O mixtures were proved to be effective additives to PVDF-CTFE membranes due to their pore-controlling effects and the capacity to improve the properties and performance of the resultant membranes. The occurrence of a pre-gelation process showed that when organic and inorganic micromolecules were added to PVDF-CTFE solution, the resultant membranes presented a high interconnectivity structure. The membrane prepared with dibutyl phthalate(DBP) showed a nonporous surface and symmetrical cross-section. When H2 O and Li Cl/H2 O mixtures were also used as additives, they were beneficial for solid–liquid demixing, especially when Li Cl/H2 O mixed additives were used. The membrane prepared with 5% Li Cl + 2% H2 O achieved a flux of24.53 kg/(m2·hr) with 99.98% salt rejection. This study is expected to offer a reference not only for PVDF-CTFE membrane preparation but also for other polymer membranes.     

无机膜分离技术在水处理领域的应用研究

对无机膜分离技术在含油废水、生活污水及工业废水等水处理领域的研究现状、工程实例和应用前景进行综述,指出无机膜具有耐高温、耐腐蚀、耐污染、机械强度高等优异性能,在苛刻反应条件下的工业废水处理方面优势明显,尤其是陶瓷微滤和超滤膜在水处理领域的商品化应用已日渐成熟和稳定,并提出未来在无机膜应用领域的发展方向.     

纳米氧化物粒子对PVDF中空纤维膜结构与性能的影响

采用相转化法制备纳米氧化物/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜,讨论了纳米氧化钛和氧化铝粒子对PVDF膜结构和性能的影响.应用牛血清白蛋白截留实验、扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱分别对不同膜的分离性能、微观结构和晶相组成进行了分析.结果表明,复合膜的性能与纯PVDF膜相比有显著地改善,其中纯PVDF膜、Al₂O₃/PVDF和TiO₂/PVDF复合膜对牛血清白蛋白的截留率分别为3.27%、67.20%和86.67%,复合膜的水通量则较纯PVDF膜分别提高2.3倍和2.6倍.氮气吸附实验测定的孔径分布进一步表明复合膜的孔径分布变窄,孔径变小.     

磁场对静态纳滤过程的膜通量及CaCO3结晶的影响

使用NF270型和NF型纳滤膜研究了经磁化预处理的钙溶液的静态纳滤过程,并与未经磁化预处理钙溶液的静态纳滤结果相比较.结果表明,当水样中Ca²⁺ 浓度为3.6 mmol/L,硬度等于碱度,初始水样体积为300 mL,体积浓缩倍数为2时,普通溶液的膜通量随滤出液体积呈现单调递减趋势;但处理磁化溶液时,膜通量随滤出液的体积先下降后上升,然后才下降,且平均膜通量比普通溶液的高,表明磁化预处理可以改善纳滤膜的部分操作性能.对膜的扫描电镜分析表明,处理磁化溶液的纳滤膜膜面上生成的晶体相对较多.综合纳滤膜通量和膜面晶体生成量的观察,认为磁场的引入可使膜表面结晶速率增加,致使膜面溶质浓度降低,通量上升,同时因生成的晶体全部留在膜面上,运行一段时间后有效膜面积减少,又导致通量下降.晶体生成量较多的膜,通量却相对较高,这与平常对膜污染的认识相矛盾.通过对结晶过程的理论分析,认为一定程度的结晶对膜操作性能有改善作用.     

膜分离法处理加油站油气的研究

针对加油站收油和发油过程中产生的油气污染,分别采用玻璃态油气截留型PEEK中空纤维膜组件和橡胶态油气渗透型GMT板框式膜组件,在自行设计建造的膜分离设备上,对比考察了2种膜组件和整个膜系统对油气污染治理和回收的效果.结果表明,2种膜系统对VOCs/空气混合气有很好的净化能力,尾气能够达标排放;在富油气返回油罐的模拟加油站实际运行情况的循环实验条件下,尾气也低于25 g·m-3的国标.     

无机微滤膜分离草浆黑液中木素的机理

选用50nm,0.2μm和0.8μm的无机微滤膜,研究了它们对黑液中木素的截留效果.结果表明,微滤膜能够有效地分离黑液中的木素,0.2μm α-Al₂O₃和ZrO₂膜的通量高于50nm和0.8μm膜的通量,当黑液SS较低时,随着SS浓度的增加各个微滤膜的通量急剧下降,当SS较高时,微滤膜的通量和SS浓度成线性关系.2g/L聚乙二醇4000(PEG4000)溶液不会显著影响0.2μm和50nm膜的通量,但却能使0.8μm膜的通量下降60%.2g/L聚乙二醇20000(PEG20000)溶液能使各个微滤膜的通量急剧下降.按照微滤膜污染模型的计算结果和实测被稀释黑液的粒径分布,膜面形成滤饼层和木素分子形成的絮体是引起膜通量下降并改变了膜的截留性能的原因.     

陶瓷膜接触器在润湿模式下吸收SO2的传质强化

将平均孔径为100 nm的Al_2O_3陶瓷膜组装成膜接触器,以单乙醇胺(MEA)为吸收剂,在考察吸收剂浓度对膜吸收过程影响的基础上,深入比较了陶瓷膜在润湿和非润湿模式下脱除SO_2的传质性能.实验结果表明,当MEA浓度大于0.26 mol·L~(-1)时,润湿模式下SO_2的脱除率和传质系数均高于非润湿模式.根据膜理论和阻力串联模型建立了陶瓷膜吸收SO_2的传质方程,理论计算表明,润湿模式下膜相传质阻力因瞬间化学反应的存在大幅降低,润湿模式更适用于脱除烟气中低浓度的SO_2.本研究结果可为陶瓷膜接触器在膜吸收领域的工业化应用和进一步传质优化提供参考.     

我国膜吸收法分离烟气中CO_2的研究进展

膜吸收法作为一种新型分离烟气中二氧化碳的方法已受到越来越多的关注。文章在介绍膜吸收法基本原理的基础上,主要从系统工艺、吸收液、所采用的膜接触器结构和膜材料以及理论研究等四个方面对我国膜吸收法的研究现状进行了分析,并对膜吸收法的发展方向进行了展望。     

平板膜-生物反应器中膜的优选

将膜特性与膜-生物反应器(MBR)运行状况相结合,进行3种膜的优选. 对3种膜进行膜表面形态、孔径、孔隙率及水通量、临界通量的测定,同时将其置于MBR中进行短期高通量连续恒流运行及长期低通量间歇恒流运行,考察2种运行模式下的跨膜压差(TMP)平均增长率(Δp). 结果表明:具有平整表面、最小孔径、高孔隙率、高水通量以及高临界通量的A膜在MBR长期运行中表现出最低的膜污染速率,因此确定A膜为3种膜中的最优膜;在优选具有工程适应性的膜时,应采用长期间歇恒流运行的方法.      

错流膜生物反应器水力清洗特性研究

采用外压管式聚砜－聚丙烯腈共混超滤膜进行错流膜生物反应器水力清洗特性研究,结果表明,清洗时采用高膜面流速、低操作压力和限制透过液对流传递作用有利于错流膜生物反应器通量的恢复,这符合膜藏去除过程中的传质机理;适宜的膜面流速应稍大于临界流速ｖｋ＝１．９２ｍ／ｓ,清洗时间应控制在１０ｍｉｎ,适宜的清洗操作压力为０．０７ＭＰａ。     

组合液膜对自配淋洗液中Cd的提取回收效果

淋洗法是解决土壤重金属污染的有效方法之一,其对土壤Cd污染的治理效果较好,但需对Cd污染土壤进行淋洗后的含Cd淋洗废液进行再生和回收利用.为了克服传统液膜分离技术不稳定、膜溶液易流失等缺陷.采用P204（磷酸二异辛酯）为络合剂的组合液膜提取技术对自配土壤淋洗液中Cd2+进行提取,考察水相pH、w（P204）、接受相酸浓度、膜相与接受相体积比、接收相不同酸、水相初始c（Cd2+）对Cd2+提取率的影响,并提出动力学方程,进一步研究Cd2+在多金属离子分离条件.结果表明:①络合剂与Cd2+形成络合物在液膜系统中传输,最佳提取条件为pH 4.2、w（P204）5.0%、接受相酸浓度4.0 mol/L、膜相与接受相体积比1:3,接收相酸种类对提取率影响不明显;②水相c（Cd2+）越低,提取率越高;③基于传质动力学模型,建立了回收系数与水相pH和w（P204）的关系方程,分别为P_c=（3.20×104+2.03×1010[H+]2）-1和P_c-1=3.208×104+1.742[C0]-2,得到Cd2+通过料液和膜边界层的厚度（d_w）为17.8 μm,络合物通过膜的扩散系数（D_m0）为7.61×10-8 m2/s.研究显示,在最佳提取条件下,初始c（Cd2+）为5.0×10-3 mol/L时,240 min内提取率可达93%,通过调节多金属离子体系中Cd2+的提取条件与参数,或调节每种金属提取条件与参数,进行反复提取,Cd2+可以与其他重金属成功分离.