自工业革命以来,石油、煤炭等化石燃料对全球经济的持续性发展起着重要的推动作用。但与此同时,在化石燃料的开采与燃烧过程中所引发的诸如生态破坏、气候变化等环境问题也同样困扰着人类社会。近年来,生物质气作为一种可替代传统化石燃料的可再生能源得到了大力发展。生物质气主要成分包括甲烷（CH₄）、二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）、氧气（O₂）及其他微量组分。其中,CO₂占比30%-50%,因其不可燃和酸性气体的特性,导致了生物质气能量转化效率的显著下降,并降低了混合气体的可压缩性从而影响了气体产品的长距离输送能力。因此,去除混合气体中CO₂等杂质组分从而提高CH₄含量,是生物质气高值、高效利用中必不可少的一步。气-液膜吸收技术是近年来逐渐受到研究人员关注的一种新型气体分离技术,其结合了传统液体吸收法高选择性、高气体杂质耐受性以及膜分离法的高操作灵活性、占地面积小、易于线性放大的优势。本文基于气-液膜吸收原理,自主设计研制了中空纤维膜基接触器,通过PTFE中空纤维膜的表面改性、吸收液的筛选与制备,搭建出疏水性PTFE中空纤维膜吸收组件,成功用于生物质气中的CO₂组分吸收分离。主要研究内容有:（1）CO₂的物理吸收性能与气-液传质模型构建首先,选择纯水与Selexol试剂作为CO₂的物理吸收剂,研究了不同吸收压力下膜接触器对模拟生物质气的提纯性能。结果发现,增大吸收压力可以显著提升膜接触器对CO₂的吸收性能。并且,在相同的操作条件下,Selexol试剂具有高于纯水的气体吸收性能。根据实验结果,建立了生物质气在膜接触器内提纯过程的扩散对流模型与串联传质阻力模型。并借助COMSOL Multiphysics 5.2软件对数学模型进行了数值求解,仿真模拟了气体组分在各相间的浓度分布。通过模型模拟与实验数据的对比分析发现,在使用纯水与Selexol试剂作为CO₂吸收剂的膜接触器中,液体吸收剂在0.1 Mpa的常压运行下,不会润湿多孔膜材料。此时,膜接触内液相传质阻力占总传质阻力的比例最大且超过90%。但是,随吸收压力的增大,中空纤维膜接触器发生膜润湿现象。由于Selexol试剂表面张力较低,其对膜材料的润湿程度更重。当吸收压力增大到1.2 Mpa时,Selexol试剂对膜材料的润湿率达到1.0%,而纯水的润湿率为0.35%。当使用Seleoxl试剂,吸收压力达1.2 Mpa时,其内部气相、非润湿膜、以及润湿膜部分的传质阻力急剧增大,使得液相传质阻力分数已小于50%。（2）PTFE中空纤维膜的表面改性及CO₂吸收性能为了防止PTFE中空纤维膜材料在膜接触器运行中发生润湿而导致传质效率下降,本文使用喷涂沉积法对PTFE中空纤维膜进行了表面改性。改性后的膜材料表面疏水性能显著增强。随喷涂液中SiO₂纳米粒子浓度的增加,其在膜材料表面所形成的沉积层随之变得更加致密。当喷涂液中SiO₂粒子浓度为1.5 wt.%时,所形成的纳米粒子层覆盖住包括所有膜孔在内的整个膜材料表面。改性后膜材料表面达到超疏水性能,其与水滴接触角为158.4°,滚动角为1.3°。并且所形成的纳米SiO₂粒子层对气体的渗透性没有明显阻碍作用。将改性前后的膜材料应用于气-液膜吸收实验中,并以K₂CO₃溶液作为CO₂的吸收剂。实验结果表明,改性前后的膜组件在0.1 Mpa的常压下对模拟生物质气的提纯性能没有明显差异。但随着吸收压力的增大,改性后的膜组件表现出更加优异的CO₂吸收性能。根据实验结果,建立了生物质气提纯过程的扩散对流模型。通过模型的求解与拟合结果可知,经过超疏水改性后的PTFE中空纤维膜,可以在吸收压力范围0.1-1.0 MPa的气-液膜吸收中保持膜材料的非润湿运行状态。（3）CO₂复合吸收剂的制备及吸收参数优化为了进一步提升超疏水改性中空纤维膜接触器对生物质气的提纯性能,本文研究了分别混合甘胺酸钾（PG）、精氨酸钾（PA）和赖氨酸钾（PL）三种氨基酸盐的碳酸钾溶液作为CO₂吸收剂的特性。相较于单一的1 mol/L碳酸钾溶液,通过添加0.3 mol/L氨基酸盐PA、PG与PL,可以将吸收剂对CO₂的吸收速率从15.4 mol L^-1 s^-1分别提高到33.3、39.8以及32.0 mol L^-1 s^-1;同时将CO₂的再生速率从10.4 mol L^-1 s^-1分别提高到15.2、17.6以及15.4 mol L^-1 s^-1。结合膜吸收实验与模型模拟,分析了混合吸收剂在膜接触器中的各项操作参数,对生物质气膜吸收提纯过程的影响。当气液比较低时,K₂CO₃-PG与K₂CO₃-PA表现出较高的CO₂吸收通量与去除率。随着气液比的增大,三种混合吸收剂的性能差异逐渐减小。总的来说,提高氨基酸盐添加量、吸收温度、压力以及液体吸收剂流速,降低气体流速与CO₂初始浓度可以有效促进生物质气在膜接触器中的提纯效率。