本文關(guān)鍵詞：中空纖維膜接觸器煙氣脫硫性能研究

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【摘要】：煙氣脫硫技術(shù)是脫除S02的最有效的方法之一,膜接觸器是將膜過程與氣體吸收過程相結(jié)合的一種新型技術(shù)。本論文首先以弱疏水的商品PVDF和PES中空纖維膜作為膜接觸器,用于氣液膜脫硫性能的研究。采用溶膠凝膠氟化法對(duì)PSf膜進(jìn)行疏水改性,并對(duì)膜進(jìn)行脫硫評(píng)價(jià)。利用石墨烯對(duì)PVDF膜疏水改性,并對(duì)膜進(jìn)行一系列的表征和脫硫評(píng)價(jià)。主要研究工作和結(jié)論如下：(1)制備PVDF和PES中空纖維膜接觸器用于模擬煙道氣脫硫性能研究,考察了進(jìn)氣濃度、吸收液流量、組件長(zhǎng)度、組件級(jí)數(shù)等對(duì)膜脫硫性能的影響。研究表明增加吸收液流量、組件長(zhǎng)度、組件級(jí)數(shù)均可以提高中空纖維膜的脫硫率,增加進(jìn)氣濃度、吸收液流量可以提高中空纖維膜的吸收通量。對(duì)PES膜的潤(rùn)濕性能進(jìn)行考察,研究發(fā)現(xiàn)膜潤(rùn)濕導(dǎo)致膜斷裂伸長(zhǎng)率降低,接觸角降低,但并不影響膜表面的化學(xué)成分。在PES氣液膜接觸器連續(xù)試驗(yàn)中,在t=390min時(shí),PES膜潤(rùn)濕體積分?jǐn)?shù)為0.44%,膜潤(rùn)濕導(dǎo)致膜相傳質(zhì)系數(shù)降低,總傳質(zhì)傳質(zhì)阻力增加,膜相傳質(zhì)阻力變?yōu)槲者^程中主要傳質(zhì)阻力,膜相傳質(zhì)阻力占總傳質(zhì)阻力的73%,膜吸收通量下降42%,膜脫硫率下降33%。(2)以聚砜為基膜,空氣浴長(zhǎng)度為變量,采用相轉(zhuǎn)化法制備PSf中空纖維膜。利用二氧化硅微球在膜表面構(gòu)造二維粗糙結(jié)構(gòu),然后利用氟化物降低膜表面能,制備得到疏水的sol-f-PSf中空纖維膜,并用于模擬煙道氣脫硫研究。對(duì)比PSf膜和sol-f-PSf膜的表面形貌、接觸角、紅外以及氣體滲透性能,研究表明sol-f-PSf膜的孔徑變小,接觸角增加,脫硫率增加、氣體吸收通量增加；在高疏水性情況下,膜的脫硫率和吸收通量由氣體滲透性能和表面涂覆好壞決定,膜脫硫率最高為79%,膜SO2吸收通量可達(dá)5.12×10-4mol/m2s。(3)以PVDF為基膜,石墨烯為疏水改性劑,采用相轉(zhuǎn)化法制備疏水PVDF/石墨烯雜化膜�？疾煲掖贾薪䴖]時(shí)間以及石墨烯含量對(duì)膜結(jié)構(gòu)與性能的影響,并對(duì)膜進(jìn)行脫硫評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明雙凝固浴制備得到膜的斷面出現(xiàn)了結(jié)晶結(jié)構(gòu),結(jié)晶度增加,熔點(diǎn)增加,熱穩(wěn)定性增加；隨著乙醇中浸沒時(shí)間的增加,膜的正面和反面的孔徑都增加,接觸角增加,且正面的接觸角大于反面的接觸角；加入石墨烯,膜表面粗糙度增加,接觸角增加,結(jié)晶度增加,接觸角最高可達(dá)144。；脫硫試驗(yàn)表明,加入石墨烯后,膜的二氧化硫吸收通量增加；10h的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明,PVDF/石墨烯膜的脫硫性能穩(wěn)定性好于PVDF膜,其SO2吸收通量?jī)H降低16%。
【關(guān)鍵詞】：聚醚砜 聚偏氟乙烯 聚砜 石墨烯 溶膠-凝膠法 膜接觸器 脫硫
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X701;TQ051.893
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-20
• 1.1 SO_2的危害10
• 1.2 煙氣脫硫方法10-13
• 1.2.1 濕法脫硫技術(shù)10-11
• 1.2.2 半干法脫硫技術(shù)11
• 1.2.3 干法脫硫技術(shù)11-12
• 1.2.4 新型脫硫技術(shù)12-13
• 1.3 膜接觸器13-15
• 1.3.1 膜接觸器定義及分類13
• 1.3.2 膜接觸器用膜13-15
• 1.4 膜的疏水改性15-18
• 1.4.1 膜浸潤(rùn)現(xiàn)象15-16
• 1.4.2 疏水改性16-18
• 1.4.2.1 溶膠-凝膠法17
• 1.4.2.2 表面涂覆法17
• 1.4.2.3 化學(xué)刻蝕法17-18
• 1.4.2.4 模板法18
• 1.4.2.5 靜電紡絲18
• 1.5 本課題研究目的及意義18-20
• 第二章 PVDF與PES中空纖維膜脫硫性能研究20-42
• 2.1 前言20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法及內(nèi)容20-26
• 2.2.1 試驗(yàn)試劑與儀器20-21
• 2.2.2 膜結(jié)構(gòu)與性能表征21-24
• 2.2.2.1 膜疏水性能21-22
• 2.2.2.2 膜的形貌表征22
• 2.2.2.3 平均孔隙率22
• 2.2.2.4 膜機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試22
• 2.2.2.5 膜的孔徑測(cè)試22
• 2.2.2.6 氣體通量22-23
• 2.2.2.7 臨界滲透水壓23
• 2.2.2.8 紅外光譜分析23
• 2.2.2.9 熱失重分析23-24
• 2.2.3 膜接觸器脫硫性能評(píng)價(jià)24-26
• 2.2.3.1 膜組件基本性能與參數(shù)24-25
• 2.2.3.2 脫硫?qū)嶒?yàn)原理25-26
• 2.3 結(jié)果與討論26-41
• 2.3.1 膜接觸器脫硫性能26-33
• 2.3.1.1 膜的基本性能表征26-27
• 2.3.1.2 填充密度對(duì)中空纖維膜脫硫性能的影響27
• 2.3.1.3. 組件長(zhǎng)度對(duì)中空纖維膜脫硫性能的影響27-30
• 2.3.1.4 組件級(jí)數(shù)對(duì)中空纖維膜脫硫性能的影響30-31
• 2.3.1.5 吸收液流量對(duì)中空纖維膜脫硫性能的影響31-32
• 2.3.1.6 氣液壓差對(duì)中空纖維膜脫硫性能的影響32-33
• 2.3.2 中空纖維膜耐酸堿性能33-35
• 2.3.3 PES中空纖維膜浸潤(rùn)性能研究35-40
• 2.3.3.1 PES膜潤(rùn)濕機(jī)理探討35-36
• 2.3.3.2 氣液膜接觸器傳質(zhì)模型的建立36-37
• 2.3.3.3 潤(rùn)濕對(duì)膜相傳質(zhì)的影響37-38
• 2.3.3.4 潤(rùn)濕對(duì)膜相傳質(zhì)阻力占總傳質(zhì)阻力比率的影響38-39
• 2.3.3.5 總傳質(zhì)系數(shù)隨膜潤(rùn)濕體積分?jǐn)?shù)變化39-40
• 2.3.4 PES膜接觸器脫硫穩(wěn)定性研究40-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第三章 溶膠凝膠改性聚砜中空纖維膜及脫硫性能研究42-60
• 3.1 前言42-43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法及內(nèi)容43-47
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及材料43-44
• 3.2.2 中空纖維膜的制備及改性44-46
• 3.2.2.1 膜的制備44
• 3.2.2.2 膜的改性44-46
• 3.2.3 結(jié)構(gòu)和性能的表征46-47
• 3.2.3.1 透射電子顯微鏡46
• 3.2.3.2 平均孔徑和有效表面孔隙率46
• 3.2.3.3 膜坍塌壓力46-47
• 3.2.3.4 膜疏水性47
• 3.2.3.5 膜的表面形貌47
• 3.2.3.6 膜機(jī)械強(qiáng)度47
• 3.2.3.7 臨界滲透水壓47
• 3.2.3.8 膜紅外分析47
• 3.3 結(jié)果與討論47-58
• 3.3.1 PSf中空纖維膜的性能表征47-49
• 3.3.1.1 PSf膜表面形貌47-48
• 3.3.1.2 PSf中空纖維膜滲透性能48-49
• 3.3.2 sol-f-PSf中空纖維膜性能表征49-55
• 3.3.2.1 二氧化硅形貌表征49-50
• 3.3.2.2 sol-f-psf膜的表面形貌50-52
• 3.3.2.3 sol-f-PSf膜的氣體滲透性能52
• 3.3.2.4 PSf膜和sol-f-PSf膜表面化學(xué)成分分析52-53
• 3.3.2.5 sol-f-PSf中空纖維膜疏水性53-55
• 3.3.3 sol-f-PSf膜的脫硫性能55-58
• 3.3.3.1 PSf膜和sol-f-PSf膜的脫硫性能評(píng)價(jià)55
• 3.3.3.2 吸收液流量對(duì)sol-f-PSf膜脫硫性能的影響55-57
• 3.3.3.3 sol-f-PSf膜脫硫穩(wěn)定性57-58
• 3.4 本章小結(jié)58-60
• 第四章 疏水PVDF/石墨烯膜的制備及脫硫評(píng)價(jià)60-76
• 4.1 前言60
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料及方法60-63
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器61
• 4.2.2 膜的制備61-62
• 4.2.2.1 PVDF膜制備61-62
• 4.2.2.2 PVDF/石墨烯膜制備62
• 4.2.3 膜結(jié)構(gòu)和性能表征62-63
• 4.2.3.1 透射電子顯微鏡62
• 4.2.3.2 X射線衍射62
• 4.2.3.3 差示掃描量熱儀62
• 4.2.3.4 原子力顯微鏡62-63
• 4.2.3.5 膜疏水性63
• 4.2.3.6 膜表面形貌63
• 4.2.3.7 膜氣通量63
• 4.2.3.8 膜平均孔徑和有效表面孔隙率63
• 4.3 結(jié)果與討論63-75
• 4.3.1 石墨烯表面形貌63-64
• 4.3.2 第一凝固浴時(shí)間的影響64-67
• 4.3.2.1. 第一凝固浴時(shí)間對(duì)PVDF/石墨烯膜表面形貌的影響64-65
• 4.3.2.2. 第一凝固浴時(shí)間對(duì)PVDF/石墨烯膜接觸角的影響65-66
• 4.3.2.3. 第一凝固浴時(shí)間對(duì)PVDF/石墨烯膜結(jié)晶性能的影響66-67
• 4.3.3 石墨烯含量的影響67-74
• 4.3.3.1 石墨烯含量對(duì)PVDF/石墨烯膜接觸角影響67-68
• 4.3.3.2 石墨烯含量對(duì)PVDF/石墨烯膜表面形貌的影響68-69
• 4.3.3.3 石墨烯含量對(duì)PVDF/石墨烯膜結(jié)晶行為的影響69-73
• 4.3.3.4 石墨烯含量對(duì)PVDF/石墨烯膜氣體滲透性能的影響73-74
• 4.3.4 PVDF/石墨烯膜的脫硫性能74-75
• 4.4 本章小結(jié)75-76
• 第五章 全文總結(jié)76-78
• 參考文獻(xiàn)78-88
• 攻讀碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文88-90
• 致謝90

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