PVDF超疏水性膜制备及应用研究

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温室气体CO2成为全世界关注的热点,碳减排成为亟待解决的问题。膜吸收法脱除烟气中的CO2具有运行费用低、避免环境二次污染的特点,但CO2脱除效率受膜润湿行为的影响。超疏水性膜能够有效地减缓膜润湿行为,在膜吸收法碳捕集中有广阔的应用前景。传统的聚偏氟乙烯(PVDF)膜具有很好的疏水性,但却不能满足膜吸收法碳捕集的需要,因此,进一步提高PVDF膜的疏水性是其应用于碳捕集的关键。本文通过相转化法制备PVDF基膜,再经表面涂覆改性,增强了PVDF膜的疏水性,能够在膜吸收法碳捕集中稳定运行。首先,采用相转化法制备PVDF基膜,研究了凝固浴组成、致孔剂种类及添加量、PVDF固含量、铸膜液挤出速率对PVDF基膜疏水性、气通量、孔径及孔隙率的影响,确定了最佳基膜制备工艺,制备了气通量大、疏水性高的PVDF基膜。研究结果表明:以60wt.%的乙醇配制乙醇/乙酸乙烯酯为凝固浴,PVDF固含量为16wt.%,添加剂为5wt.%的PEG-400,铸膜液挤出速率为6mL·min-1时,制得基膜孔径小(0.975μm)且孔隙率大(75.12%),使得膜气通量也变大,达到276.09m3·m-2·h-1,其中最为显著的变化是接触角增大到131.43°,具有较强的疏水性。其次,采用表面涂覆法对PVDF基膜进行超疏水改性,通过测试孔径、孔隙率、气通量及接触角,研究了分散剂、无机纳米粒子种类及添加量、胶黏剂聚二甲基硅氧烷(PDMS)添加量、硅烷偶联剂(KH-550)添加量对超疏水性PVDF膜性能的影响,优化涂覆工艺,制备了性能良好的PVDF超疏水性膜。研究结果表明:以异丙醇为分散剂,纳米CaCO3添加量为1wt.%,PDMS添加量为1.5wt.%,KH-550添加量为1wt.%,制得涂覆液,喷涂于PVDF基膜表面,接触角由131.43°提高到147.06°,疏水性显著提高,气通量为264.12m3·m-2·h-1,膜孔径为0.959μm,孔隙率74.88%,气通量、孔径及孔隙率相较于未改性前均有所降低。最后,进行膜吸收法脱除模拟烟气中CO2实验研究,考察了吸收液与膜的匹配性;研究了吸收液种类,浓度,烟气流量对CO2脱除率的影响。结果表明:氨基乙酸钾(PG)吸收液与改性PVDF膜的匹配性最好;相同浓度PG和MEA吸收液的CO2脱除率前者高于后者,吸收液浓度为2mol·L-1最宜,烟气流量增大CO2脱除率降低。当PG吸收液浓度为2mol·L-1,烟气流量为0.06m3·h-1时,CO2脱除率达81.43%。
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