Trong những năm gần đây, với sự gia tăng của hiện tượng ấm lên toàn cầu, CO2, là khí nhà kính chính, đã thu hút sự chú ý rộng rãi từ khắp nơi trên thế giới. Để giảm bớt vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu do phát thải CO2, "đỉnh carbon" và "trung tính carbon" đã được chính thức đề xuất trong năm nay để đạt được mục tiêu "giảm phát thải carbon". Yếu tố con người đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể nồng độ CO2 trong khí quyển. Trong số đó, lượng khí thải CO2 của các nhà máy nhiệt điện than chiếm khoảng 1/3 thế giới. Vì vậy, cần phải có biện pháp loại bỏ một lượng lớn CO2 trong khí đuôi của các nhà máy nhiệt điện than.

Hiện nay, các phương pháp công nghiệp để loại bỏ CO2 khỏi khí thải chủ yếu bao gồm các kỹ thuật truyền thống như hấp thụ dung môi, tách màng, hấp phụ xoay áp và chưng cất đông lạnh.

Cơ bản

Phương pháp hấp thụ màng là một loại quá trình phân tách mới kết hợp giữa tách màng và hấp thụ thông thường. Màng vi xốp chủ yếu được sử dụng. Trong quá trình này, hai pha khí-lỏng tiếp xúc và chuyển khối tại mặt phân cách khí-lỏng cố định, và chảy theo hai phía tương ứng. Bản thân màng không có tính chọn lọc đối với khí, và chỉ dùng để cách ly chất hấp thụ khỏi khí. CO2 khuếch tán qua màng sang phía chất lỏng dưới tác dụng của gradien nồng độ. Về mặt lý thuyết, các lỗ màng có thể cho phép các phân tử khí tách ra ở một bên của màng xâm nhập sang phía bên kia của màng mà không cần áp suất cao, và mục đích tách khí hỗn hợp chủ yếu đạt được nhờ sự hấp thụ có chọn lọc của chất hấp thụ.

Nguyên lý cơ bản được thể hiện trong hình bên dưới (lấy màng xốp kỵ nước làm ví dụ). Động lực của công nghệ này để đạt được sự phân tách khí là sự chênh lệch nồng độ giữa các pha. Quá trình truyền khối dựa trên định luật Fick và có thể được chia thành ba bước sau: ① Đầu tiên, chất tan được chuyển từ hỗn hợp khí đến bề mặt của các lỗ màng; ② Chất tan sau đó được chuyển từ các lỗ màng Khuếch tán sang mặt phân cách hai pha khí-lỏng; ③Chất tan cuối cùng phản ứng với chất hấp thụ và được hấp thụ vào phần thân chính của pha lỏng.

Các loại màng khác nhau cho công nghệ hấp thụ carbon dioxide

(1) Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF) được kết hợp với organosilan, và một loạt các màng tách khí hỗn hợp với thông lượng cao và độ chọn lọc cao đã được thiết kế và điều chế thành công.

(2) Lựa chọn các hạt nano polyme microporous (PIM-1) và vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF) để phát triển một loại vật liệu màng tách carbon dioxide mới ở dạng màng nền hỗn hợp (MMMs), vừa có tính thấm cao vừa có tính chọn lọc cao. .

(3) Sự kết hợp giữa kỹ thuật quay điện, hình thành lỗ, phản ứng thủy phân và công nghệ ghép đã bào chế thành công màng sợi nano polyethyleneimine ghép polyacrylonitril dẻo và bền (HPPAN-PEI).

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng

(1) Phân tích ảnh hưởng trong quá trình chuyển hàng loạt

A. Tỉ lệ CO2

Theo lý thuyết về sự truyền khối của màng kép, tỷ trọng CO2 càng cao thì lớp ranh giới pha khí càng dày, cản trở sự khuếch tán của một lượng lớn CO2 trong các lỗ màng, do đó làm giảm tổng hệ số truyền khối; và một phần CO2 rời khỏi màng mà không phản ứng hoàn toàn với Contactor hấp thụ, tốc độ loại bỏ CO2 cũng sẽ giảm xuống. Tuy nhiên, khi phần thể tích của CO2 tăng lên, sự chênh lệch nồng độ giữa các pha của CO2 tăng lên, do đó làm tăng tốc độ khuếch tán và truyền khối của CO2.

(2) Các yếu tố quá trình

A. Cấu trúc màng

Trong điều kiện số lượng và đường kính của màng sợi rỗng là cố định, việc tăng chiều dài của màng sợi sẽ làm tăng diện tích bề mặt của màng, do đó làm tăng thời gian cư trú của CO2 trong pha lỏng, điều này có lợi. đến phản ứng hấp thụ hoàn toàn. Tuy nhiên, nếu cột màng quá dài, chất lỏng hấp thụ sẽ bị bão hòa, điều này làm giảm động lực của quá trình truyền khối khí-lỏng và giảm hiệu suất truyền khối.

B. Vật liệu màng

Vật liệu màng chủ yếu là màng polyme hữu cơ, màng vô cơ và màng hỗn hợp hữu cơ-vô cơ. Trong số đó, vật liệu màng được sử dụng rộng rãi là polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polysulfone (PS), polyethersulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), v.v. Các vật liệu màng khác nhau được sử dụng hiện nay đều là vật liệu màng kỵ nước, do đó pha khí lấp đầy các lỗ màng sợi rỗng trong quá trình hấp thụ và có diện tích tiếp xúc lớn hơn so với vật liệu màng ưa nước. Các mô-đun màng sợi rỗng sử dụng các vật liệu màng khác nhau. Trong số đó, màng polypropylene được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do giá thành nguyên liệu rẻ. Màng PTFE thể hiện các đặc tính cơ học tốt và đặc tính tự bôi trơn, khả năng chịu nhiệt độ cao và thấp, chống ăn mòn hóa học và vượt trội hơn so với các vật liệu màng khác.

C. Chất hấp thụ

Chất hấp thụ được sử dụng trong hấp thụ màng đã phát triển từ nước, dung dịch kiềm mạnh và dung dịch muối vô cơ thành dung dịch rượu amin truyền thống, và sau đó thành chất hấp thụ hỗn hợp có chứa phụ gia hoặc một số dung dịch. Hình dưới đây cho thấy ưu điểm và nhược điểm của từng chất hấp thụ.