陶瓷膜冷凝器用于烟气脱白烟过程的中试研究

将平均孔径5、20和50 nm的管式陶瓷外膜制成膜冷凝器，并搭建膜面积0.3 m²的膜冷凝中试实验装置，开展陶瓷膜冷凝器在烟气水、余热资源回收及脱白烟领域的中试研究。对比采用不同排布方式的两级陶瓷膜冷凝器的水、热回收效果，考察进气相对湿度、进气温度、进气线速度等操作条件和不同孔径陶瓷膜的排布方式对膜冷凝器水通量及水回收率的影响。研究表明，在两级膜冷凝器中，烟气、冷却水均为串联流动时，可得到更高的水、热通量及回收率。过程水通量随进气相对湿度、进气温度、进气线速度的增加而增加；水回收率随进气相对湿度、进气温度的增加而增加，随着进气线速度的增加而降低。在三级膜冷凝器中，采用每级均填充平均孔径50 nm的管式陶瓷外膜的排布方式时，可获得最佳的水、热回收效果；不同孔径陶瓷膜的排布方式对膜冷凝器水回收效果影响明显，对热回收效果影响不大。在各实验工况下，三级膜冷凝器水通量及水回收率最高分别可达38.5 kg·m^–2·h^–1和50.6%。与传统换热器相比，陶瓷膜冷凝器不仅可实现水、余热的同时回收，且其总传热系数为415 W·m^–2·℃^–1，换热效果更佳，并能明显缓解“白色烟羽”等视觉污染。基于陶瓷膜的膜冷凝技术在中试实验阶段展现出良好的回收效果，在资源回收及脱白烟过程有广阔的应用前景。     

过程参数对采用多孔陶瓷超滤膜回收烟气中余热和水性能的影响

将孔径为20 nm的陶瓷膜组装制成膜冷凝器,在水蒸气-空气形成的模拟体系中,采用去离子水作为冷却介质,开展了传递膜冷凝技术在烟气除湿和工业余热综合应用方面的研究。考察了空气流量、冷却水流量、进气温度和冷却水温度对陶瓷内膜和外膜过程通量的影响,并比较了两者水热回收性能。结果表明,过程通量均随进气流量和进气温度的增大而增加。随着冷却水流量的增大,过程通量也不断增加,但是冷却水流量达到一定值后,过程通量基本不再变化。冷却水温度对过程水通量的影响较小,但是热通量对冷却水温度的改变较敏感。冷却水流量的变化对陶瓷外膜的过程通量影响更加显著,表明陶瓷外膜水热回收过程更易受流体边界层的影响。在各实验工况范围内,陶瓷内膜和外膜分别具有更高的热通量和水通量,采用陶瓷膜过程的水通量和热通量最高分别可达到23.1 kg·m~(-2)·h~(-1)和47.5 MJ·m~(-2)·h~(-1)。随着传递膜冷凝技术开发和研究的不断深入,该技术在除湿和工业余热综合应用领域有着广阔的发展空间,将为我国节水、节能以及环境保护等领域的发展提供新的解决思路。     

过程参数对采用多孔陶瓷超滤膜回收烟气中余热和水性能的影响

将孔径为20 nm的陶瓷膜组装制成膜冷凝器,在水蒸气-空气形成的模拟体系中,采用去离子水作为冷却介质,开展了传递膜冷凝技术在烟气除湿和工业余热综合应用方面的研究。考察了空气流量、冷却水流量、进气温度和冷却水温度对陶瓷内膜和外膜过程通量的影响,并比较了两者水热回收性能。结果表明,过程通量均随进气流量和进气温度的增大而增加。随着冷却水流量的增大,过程通量也不断增加,但是冷却水流量达到一定值后,过程通量基本不再变化。冷却水温度对过程水通量的影响较小,但是热通量对冷却水温度的改变较敏感。冷却水流量的变化对陶瓷外膜的过程通量影响更加显著,表明陶瓷外膜水热回收过程更易受流体边界层的影响。在各实验工况范围内,陶瓷内膜和外膜分别具有更高的热通量和水通量,采用陶瓷膜过程的水通量和热通量最高分别可达到23.1 kg·m^-2·h^-1和47.5 MJ·m^-2·h^-1。随着传递膜冷凝技术开发和研究的不断深入,该技术在除湿和工业余热综合应用领域有着广阔的发展空间,将为我国节水、节能以及环境保护等领域的发展提供新的解决思路。     

基于空冷的疏水陶瓷膜冷凝器用于烟气脱湿过程强化的实验研究

以环境空气为冷源,采用硅烷接枝的疏水Al₂O₃陶瓷膜构建膜冷凝器开展烟气脱湿实验。对比了疏水陶瓷膜与传统疏水钢管的冷凝性能;系统考察了烟气流量、烟气温度、吹扫因子、吹扫气温度、跨膜压差等过程参数对疏水陶瓷膜水回收性能的影响;比较了疏水陶瓷膜冷凝器(空冷)与亲水陶瓷膜冷凝器(水冷)的冷凝性能。结果表明,相同水接触角下(120°),多孔陶瓷膜的烟气温降是致密304钢管的1.3~2.5倍,疏水陶瓷膜能有效强化冷凝传热。疏水陶瓷膜的过程水通量随烟气流量、烟气温度、吹扫因子的增加而上升,随跨膜压差、吹扫气温度的增加而降低。过程水回收率随烟气流量、跨膜压差、吹扫气温度的增加而降低,随吹扫因子的增加而增加,随烟气温度的增加先上升,然后趋于稳定,而后下降。实验工况下,疏水陶瓷膜实现了0.6~5.2 kg·m^-2·h^-1的水通量和7.6%~57.4%的水回收率。低冷却介质流量下,基于水冷的亲水陶瓷膜的烟气冷凝性能更优异;随着冷却介质流量的上升,疏水陶瓷膜的冷凝性能迅速提升,并达到亲水陶瓷膜的性能。疏水陶瓷膜冷凝器在气体脱湿和水分回收领域有广阔的应用前景,将为改善工业过程的“能源-水资源-环境”关系助力。     

陶瓷膜在高固含铝盐料液固液分离过程中的应用

本文对陶瓷膜在高固含铝盐料液固液分离工艺中的应用进行了研究。探讨了陶瓷膜对高固含铝盐料将固液分离效果、陶瓷膜过滤过程的膜通量、陶瓷膜是否截留铝盐料浆中铝离子、加水洗涤洗循环回收铝离子的效果等问题。研究结果表明:采用平均孔径为200 nm的陶瓷膜分离技术,可实现高固含铝盐料液固液分离目的 ;过滤过程平均膜通量为120 L/h·m~2,可以满足过滤要求;过滤过程不会截留铝离子;采用加水洗涤循环过滤方法,可以达到回收铝离子目的,铝离子回收率可达96.4%。     

CO2化学吸收法中再生气的陶瓷膜余热回收特性

在CO₂化学吸收法工艺中,采用富液分流工艺,利用在贫富液换热器前分流的冷富CO₂吸收剂溶液回收再生塔顶排出的热再生气（一般为CO₂和水蒸气混合气）的余热,有助于降低CO₂再生热耗。本文在乙醇胺（MEA）基富液分流化学吸收工艺中,以纳米级多孔亲水陶瓷膜作为分流冷富液和热再生气之间的换热介质,利用水的热质耦合传递强化余热的回收性能。以余热回收通量为指标,探讨了分流的MEA富液流量、温度、质量分数、CO₂负荷和热再生气流量及再生气中水蒸气摩尔分数对陶瓷膜热回收性能的影响,并对比了不同分离层孔径陶瓷膜的余热回收性能。结果显示,陶瓷膜的余热回收性能随MEA富液流量的增加而增加,但却随富液温度的升高而大幅下降。同时,随着气体流量和再生气中水蒸气摩尔分数的增大,热回收通量均会增大。由水传质所引发的对流换热对热回收通量具有促进作用,可占总热回收量的10%左右。由于CMHE-10陶瓷膜的分离层孔径与孔隙率均大于CMHE-4陶瓷膜,因而其水传质通量大于CMHE-4陶瓷膜。但CMHE-10陶瓷膜的有效热导率却低于CMHE-4陶瓷膜,因而热回收过程中其水蒸气的冷凝总量要小,导致其热回收性能低于CMHE-4陶瓷膜。     

多孔陶瓷膜烟气水分回收理论与模型研究

化石燃料燃烧烟气中含有大量水分和潜热,高湿度烟气的直接排放造成极大的资源浪费和环境问题。多孔陶瓷膜是目前烟气水热回收最有前景的技术之一,其水分回收热力学和动力学的定量描述是该技术发展和装置设计的关键所在。分析了水分在多孔陶瓷膜表面及内部传质机理,基于Kelvin理论建立了水分在陶瓷膜内毛细凝聚热力学模型,并选取典型烟气温/湿度条件,得出不同工况下陶瓷膜发生毛细凝聚的临界孔径、凝聚水量及工作孔体积占比;进而基于毛细凝聚的表面传质和孔道输运Hagen-Poiseuille方程建立了陶瓷膜水分传质动力学模型,对典型温/湿度工况下回收水通量进行了计算,结果表明,多孔陶瓷膜的毛细凝聚效应对烟气水分回收的优越性十分明显,其表面回水通量远远大于冷凝法的水通量,孔径越小,表面水通量越高,但及时将孔道内的液态水输运到陶瓷膜另一侧需要的压差也越大,本文计算条件下,膜孔径为20.0 nm的陶瓷膜较为适宜。     

多孔陶瓷膜烟气水分回收理论与模型研究

化石燃料燃烧烟气中含有大量水分和潜热,高湿度烟气的直接排放造成极大的资源浪费和环境问题。多孔陶瓷膜是目前烟气水热回收最有前景的技术之一,其水分回收热力学和动力学的定量描述是该技术发展和装置设计的关键所在。分析了水分在多孔陶瓷膜表面及内部传质机理,基于Kelvin理论建立了水分在陶瓷膜内毛细凝聚热力学模型,并选取典型烟气温/湿度条件,得出不同工况下陶瓷膜发生毛细凝聚的临界孔径、凝聚水量及工作孔体积占比;进而基于毛细凝聚的表面传质和孔道输运Hagen-Poiseuille方程建立了陶瓷膜水分传质动力学模型,对典型温/湿度工况下回收水通量进行了计算,结果表明,多孔陶瓷膜的毛细凝聚效应对烟气水分回收的优越性十分明显,其表面回水通量远远大于冷凝法的水通量,孔径越小,表面水通量越高,但及时将孔道内的液态水输运到陶瓷膜另一侧需要的压差也越大,本文计算条件下,膜孔径为20.0 nm的陶瓷膜较为适宜。     

炼油净化水结垢原因分析及膜法深度处理

对炼油厂净化水回用过程结垢原因进行分析,针对结垢成因采用陶瓷膜对净化水做深度处理,而经膜处理后净化水pH在6.9左右,净化水呈中性,试图使得炼油净化水达到工艺水回用目的.着重考察了膜孔径、操作压差、膜面流速、料液温度等对膜通量的影响.结果表明,孔径为50nm的氧化锆陶瓷膜处理炼油净化水其渗透通量高达800L·m~2·h~(-1),渗透液中COD小于200mg·L~(-1);体系的操作压差可控制在0.25MPa,较大的膜面流速大和料液温度有利于渗透通量的提高;膜污染的清洗采用在线反冲和离线化学清洗的方法,料液渗透通量可恢复到新膜的95%.     

渗透汽化-结晶耦合分离稀溶液中的香兰素

以聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA2533)为膜材料,采用干法相转化法制备性能优异的高分子膜,用于渗透汽化-结晶耦合(PVCC)分离系统中回收稀水溶液中的香兰素。采用扫描电子显微镜(SEM)对PEBA2533膜的形貌进行表征。考察原料液浓度、温度对膜渗透汽化性能的影响。结果表明:随着溶液浓度的增加,PEBA2533膜溶胀性能增加,说明PEBA2533能够优先吸附香兰素;随原料液浓度增加,香兰素渗透通量增加,分离因子略微下降;原料液温度增加,香兰素渗透通量和分离因子都增加;并通过Arrhenius方程计算得到香兰素比水对温度更加敏感。PVCC系统中控制一级冷凝器温度为2℃时,一级冷凝器中结晶态香兰素通量为39.52 g·m~(-2)·h~(-1),纯度在99%以上。     

原料颗粒形状对粉煤灰基陶瓷微滤膜通量的影响

以球形颗粒和非球形颗粒粉煤灰为原料,制备了对称陶瓷膜。讨论了膜的渗透性能。结果表明,膜的纯水通量和成膜颗粒的球形度成正比,球形颗粒制备的陶瓷膜平均孔径0.94μm,在0.1 MPa的跨膜压差下,纯水通量为11 306 L/(m~2·h),为非球形颗粒制备的陶瓷膜通量的1.13倍。球形颗粒粉煤灰同时表现出低成本原料优势和高通量颗粒形状优势。     

气升式陶瓷膜过滤装置处理油田含聚采出水

采用新型的气升式陶瓷膜过滤系统处理油田含聚采出水,通过气液两相流替代单一的液相流动,降低了陶瓷膜处理油田含聚采出水过程的能耗,系统考察了曝气孔大小、曝气量和跨膜压差对膜渗透通量的影响。结果表明,采用孔径为微米级的曝气头曝气使高压气体在多通道膜管内的分布更为均匀,进而有效抑制膜污染和浓差极化,延缓通量衰减。当曝气孔径为1μm时,渗透通量达到最大,且曝气量从300 L·h~(-1)增加到600 L·h~(-1)时,通量显著增加。此外,跨膜压差对膜的渗透通量影响显著,当跨膜压差为0.4 MPa时,渗透通量最佳。陶瓷膜处理油田采出水的出水水质各方面指标数据较为稳定,达到5.1.1回注水标准。最后,计算讨论了气升式陶瓷膜过滤装置的吨水能耗。     

面向过程的陶瓷膜材料设计理论与方法(Ⅲ)钛白分离用陶瓷膜的优化设计与制备

针对钛白粉悬浮体系的分离回收,根据理论模型对陶瓷膜的结构(膜平均孔径)进行了优化设计,并采用粒子烧结法制备了所设计孔径的氧化铝陶瓷膜.通过与其他陶瓷膜的过滤实验对比表明,模型优化设计并制备得到的陶瓷膜具有较高的过滤通量,孔径与通量关系计算值与实验结果有较好的一致性,初步实现了面向应用过程的陶瓷膜的设计与应用.     

Al_2O_3和SiC微滤膜的疏水改性及其油固分离性能研究

以正辛基三乙氧基硅烷和乙醇分别作为改性剂和溶剂,采用接枝聚合法对平均孔径为500 nm的Al_2O_3膜和SiC膜进行疏水改性,考察了改性剂浓度、改性液温度和改性时间对膜表面疏水效果的影响,并对比了疏水改性前后两种陶瓷膜的表面性质及疏水改性后的油固分离性能,进行了反冲实验和稳定性测试。结果表明,两种陶瓷膜材料在改性剂浓度为0.2 mol·L~(-1),改性液温度为40℃,改性时间为12 h时,疏水改性效果最好,得到的疏水Al_2O_3膜和SiC膜的水接触角分别为134°±1°和140°±1°,经改性后的SiC膜的疏水效果优于Al_2O_3膜。在油固分离实验中,疏水Al_2O_3膜和SiC膜均对固体炭黑有良好的截留性能,但疏水改性对SiC膜的油品通量提升更为显著,两种膜的稳态通量分别为1134 L·m~(-2)·h~(-1)和1408 L·m~(-2)·h~(-1)。反冲操作对疏水SiC膜的通量恢复更有利。     

无机膜处理乳化废水中试研究

为除去废水中的乳化油,采用无机陶瓷微滤膜对乳化废水进行了中试实验研究.实验结果表明:乳化液废水经孔径为200 nm的无机陶瓷膜处理后,透过液可达国家排放标准;在最佳操作压力0.16 MPa下,系统可连续、稳定运行20 h以上,平均膜通量为272 L/(m2·h);化学清洗30 min后,可使膜通量恢复至初始通量的95%;平均料液运行成本为4.49元/m3.用无机陶瓷膜处理乳化液废水是一种经济、技术可行的方法.     

单通道陶瓷膜管低压透水性能实验分析

无机陶瓷膜作为多孔介质具有分离效率高、耐酸、耐碱等优点,被视为在海水淡化、废水处理、气体分离等领域的研究热点。采用Al₂O₃管式单通道陶瓷膜材料构建膜组件,以燃煤电厂自来水、烟气冷凝水、脱硫废水三种不同水质为例,开展低跨膜压差下的膜组件透水性能实验,研究了膜参数、跨膜压差及水体温度等因素对渗透通量、渗透水质的影响,并对引发膜污染的机理过程进行了探讨分析。实验结果表明：陶瓷膜管的结构参数是关键因素,如孔隙率、孔径及厚度等;低跨膜压差下的渗透通量随压力增大呈线性提高,并未发现浓差极化现象,水体温度变化通过改变黏度进而影响渗透通量,同时水质较差时会导致渗透通量降低;陶瓷膜管的孔径是影响渗透水质的核心要素,微滤与纳滤膜对改善悬浮物含量、浊度及色度效果明显,不同孔径对盐度、电导率影响不同;从SEM图可以看出,污染物在膜表面或膜内部发生的沉积、架桥等现象导致严重的膜污染。充分认识影响陶瓷膜管渗透特性的关键因素及污染物的作用机理,对提高无机陶瓷膜的应用前景具有重要意义。     

陶瓷膜超疏水改性及其膜蒸馏性能研究

以聚苯乙烯(PS)和四氢呋喃(THF)的混合溶液为铸膜液,无水乙醇(Et OH)为非溶剂,通过非溶剂致相分离(NIPS)法在亲水性陶瓷膜表面构造超疏水性PS微孔膜,得到超疏水性陶瓷膜。考察PS与Et OH比例、浸渍时间对陶瓷膜疏水性和膜结构的影响,并通过浸没式真空膜蒸馏(SVMD)研究超疏水性陶瓷膜的脱盐性能。结果表明,超疏水改性后,PS沉积在陶瓷膜表面,减小了膜的平均孔径;当PS与Et OH的质量比为1:4,浸渍时间为3 min时,改性膜的水接触角达到152°,滚动接触角达到8°,达到超疏水效果,且在SVMD中的渗透通量最高,保持在1.57 kg/(m~2·h)左右,脱盐率高于99.5%。     

陶瓷膜处理地表水的工艺

采用混凝沉降与陶瓷膜超滤的组合工艺处理地表水,考察操作模式、膜孔径、膜构型以及膜通量等对膜过滤性能的影响。结果表明:在恒压操作下,终端过滤的操作压差应小于0.075 MPa,对于孔径大于50 nm的陶瓷膜而言,膜通量随孔径变化不大;错流过滤的膜通量随孔径增大而增大;错流过滤的渗透通量是终端过滤的1.5～2.2倍。恒通量操作下,蜂窝陶瓷膜过滤性能优于19通道陶瓷膜,并在恒通量150 L/(m2.h)下稳定运行。混凝沉降-陶瓷膜组合工艺对浊度的去除率大于99%,对吸收254 nm波长紫外线有机物(UV254)的去除率大于47.7%,产品水的部分指标优于GB 5749—2006中的指标。     

致密超细球形氧化铝制备性能良好的陶瓷超滤膜

热等离子体制备的超细球形氧化铝具有表面致密光滑、分散性好等特点,本工作以超细球形氧化铝为原料,通过浸渍提拉烧结法,制备了孔径分布窄、渗透通量高的陶瓷超滤膜,研究了烧结温度对陶瓷膜微孔结构的演化、孔径分布和渗透通量的影响。随后对1250℃下烧结的陶瓷膜进行了纳米硅水分散液过滤处理,采用不同堵塞模型分析了陶瓷膜过滤纳米硅水分散液的膜污染过程。结果表明,通过调节烧结温度调控陶瓷膜的微孔结构,当烧结温度为1250℃时,陶瓷膜的孔径分布较窄,孔径大小为25?65 nm,渗透通量为986.4 L/(m2?h)。超细球形氧化铝粒径分布较窄及表面致密光滑有助于1250℃下烧结形成均匀的烧结颈,提供了陶瓷膜较窄的孔径分布。对1250℃下烧结的陶瓷膜进行了纳米硅水分散液过滤处理后其浊度下降为0.231 NTU,浊度去除率达99.96%。采用不同堵塞模型分析了陶瓷膜过滤纳米硅水分散液的膜污染过程,结果表明,纳米硅水分散液的堵塞模型是滤饼过滤,属于可逆污染。     

陶瓷膜过滤性能的影响因素

研究了氯化钠盐水温度、盐水中固含量和陶瓷膜孔径对陶瓷膜过滤器过滤性能的影响,结果显示:盐水中含固质量分数在2％～22％变化时,陶瓷膜通量无明显变化;盐水温度升高,膜通量增大,但对颗粒物截留效果无明显影响;10 nm孔径的陶瓷膜通量较40、50 nm孔径的陶瓷膜通量小,陶瓷膜对颗粒物A(粒径5～40 μm)和B(粒径0....