本節介紹了膜接觸器應用于從氣體中分離氣相/易揮發組分的研究。

脫除酸性氣體

氣體混合物中常常存在酸性氣體，人們對膜接觸器脫除酸氣進行了廣泛研究。

Mavroudi等口?！垦芯苛?15% CO2-85% N2混合物在Liqui-Cel中空纖維膜接觸 器中的CO2吸收過程。水和DEA水溶液均為吸附劑，CO?的脫除率分別達到 ? 75%和99%。圖11. 8表示了在不同氣體流速下出口氣體中CO?濃度與進料氣體中 CO2濃度的比值隨水流速度的變化關系。

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Falk-Pedersen和Dannstrom?〕也曾采用胺進行CO2的吸收研究。與常規的吸 收器和解吸器相比，氣/液接觸器的裝置體積減小了 72% （吸收器）和78% （解吸 器），重量均減少了 66% （圖11.9）。

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CO2的滲透率，應該減小ILM的厚度。

Teramoto等研究了從CH4混合物中分離CO?的系統，該系統的載體溶液 （液膜）被送入到進料側（在高壓下）并滲透透過聚醋硯超濾膜到達低壓側。在這 ? 一過程中，膜總是潤濕的，其表面覆蓋著一層薄的液膜。吹掃氣體為氮氣，DEA 水溶液為載體。通過增加載體溶液的循環速率，使CO2的滲透率因對流流動的增 ? 大而提高。CO2/CH4的選擇性為1970,而且膜的穩定性保持在2個月以上。

Qi與Cussler】"］在微孔對稱聚丙烯中空纖維膜組件中比較了不同胺溶液脫除 CO2和H2S的性能。作者研究了空氣中兩種氣體（20%H2S, 17%CO2）的同時 吸收。實驗結果表明，對于三乙醇胺（TEA）為吸收劑的情況，H2S/CO2的選擇 性超過30；對于2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）為吸收劑的情況，H2S/CO2的選 擇性為11;而對于乙基輕乙胺的情況，H2S/CO2的選擇性則為5。表11.2給出了 兩種氣體在不同胺溶液中的傳質系數。

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Li等El在一個不對稱中空纖維膜組件中采用10%NaOH脫除氮氣中的H?S （H2S濃度：16?24ppm）。他們制備了兩種不對稱膜：不對稱聚硯膜（微孔膜）和 不對稱聚醛磯膜.（致密膜）。前者獲得了較高的傳質系數（0.0125?0.025m/s,相 對于5X10

Wang等〔76］采用不對稱多孔PVDF中空纖維膜組件和2MNa2CO3水溶液，從 含17.9~1159ppmH2S的氮氣中完全脫除了 H?S。由于溝流效應，氣體混合物由 殼程進料時的傳質系數是其由管程進料時的一半。

為了減少膜孔潤濕和提高脫除率，人們研制了新型吸收液。荷蘭的TNO獲得 了一項被稱做CORAL的新型吸收水溶液專利，該吸收液以氨基酸和堿性鹽為主。 ? 新型吸收劑不會潤濕聚烯疑，對氧的穩定性高，有較高的耐腐蝕性和較好的降解 特性。

Quinn等"J測試了作為CO2吸收劑的熔融水合鹽如四水合四甲基氟化錢 C（CH3）4N］F ? 4出0和四水合四乙基醋酸錢［（C2H5）4N］CH3COO ? 4H2O的性 能。當含CO2的熔融鹽被冷卻至凝固溫度時，CO2就會自發地吸收出來UH。

Quinn等SI將熔融水合鹽固定于親水性Celgard 3401載體上，采用氮氣為吹 掃氣將H2和CH4氣體中的CO2分離出來。這樣獲得的CO2/CH4選擇性范圍為 12?120,而CO2/H2的選擇性極低，這是因為氫氣在膜中可滲透所致。通過將熔 融液固定在聚三甲硅基丙烘膜的表面，得到的CQ/CHa和CO2/H2的選擇性范圍分別為140?800和30?360。

實驗證明固定在微孔親水性膜（Celgard 3401）上的熔融水合鹽［＜CH3）4NF- 4H2O］對H2S有較高的選擇性，與CH? （選擇性范圍為34-140）和CQ （選擇性 范圍為6~8）相比⑻］,&S被優先吸附。料液中H2S的存在使CQ的滲透率大大 降低（如從1300bar下降到lOObar）,這是兩種組分共同競爭載體的結果。

脫除揮發性有機物

Poddar等⑻〕研究了一種吸收-氣提耦合過程的性能，用以脫除空氣（進料中 的VOC濃度大約為lOOOppmv）中的甲苯、二氯甲烷、丙酮和甲醇。吸收器是聚 丙烯微孔中空纖維膜組件，而解吸器包含疏水性聚丙烯中空纖維膜，該纖維的外表 面上有等離子體聚合的無孔有機硅超薄皮層，其對VOC有高度滲透性。利用兩種 ? 吸收劑（硅油和Paratherm?）測試了吸收器的性能，解吸器運行過程中其管程被 抽成真空。實驗表明測試體系能夠脫除VOC。與單獨使用新鮮吸收劑吸收亨利系 數較高的物質如二氯甲烷相比，吸收與解吸的耦合體系脫除率較高。?對吸收劑再生 ? 過程的改進方法可以是在更高溫度下操作或采用更大的膜面積。

還可應用抽真空的方式以及利用復合膜來脫除VOC。例如，可采用疏水性聚 丙烯中空纖維膜，其外表面上有對VOC滲透率很高的等離子體聚合無孔有機硅超 ? 薄皮層［82-80 .

已被MTR商業化的VaporSepTM過程也采用了抽真空方式以及復合膜，該過 程所用的螺旋卷式膜組件的多孔支撐層上涂敷了一層有機硅薄膜。

Poddar和Sirkar研究了耦合體系的應用前景，在該體系中膜基吸收過程（其 在300~100ppmv的VOC濃度范圍內效率較髙）與膜基蒸氣滲透過程（其在較髙 ? 的VOC濃度范圍內效率較高）被耦合在一起〔旳。蒸氣滲透過程以及吸收器都采 ? 用了具有超薄致密涂層的聚丙烯纖維，而吸收器采用了微孔聚丙烯中空纖維。耦合 體系對二氯甲烷具有很高的脫除率（99.97%）。

Obuskovic等〔86］將硅油薄層固定在中空纖維聚丙烯膜致密涂層下的微孔中， 并對該系統在真空條件下從氮氣中脫除甲苯、甲醇和丙酮的性能進行了測試。與普 通中空纖維相比，油層的存在使氮氣通量減小，但也使得透過液中VOC的富集程 度增加了 ? 2~5倍、分離因子提高5~20倍，膜穩定操作期長達兩年。

11.3.3脫除SO2和汞

有報道利用吸收劑/氧化劑溶液及疏水性膜接觸器從氣體中脫除SO2/汞〔74】。

Iversen等〔叨采用亞硫酸鈉為吸收劑，從含有1000ppmSO2的氮氣混合物中脫 除SO2,利用不同疏水性膜進行了實驗，測定了總傳質系數以及SO2的通量。各 種具有相同厚度、孔隙率和孔徑的膜中，那些具有隨機的球性堆積結構的膜（典型 ? 的拉伸膜）的性能優于具有緊密堆積球結構的膜。

Jansen等使用反應性型吸收劑NazSQ,從氮氣和實際燃煤鍋爐煙氣中高效 ? 率地脫除了 SQ。此外，該系統能穩定運行達500ho基于這些研究結果，TNO集 團在荷蘭建立了一個生產能力為100Nm3/h、回收率高于95%的中試裝置。

? Larsen等頁］也進行了中試研究，試驗裝置運行穩定，燃煤煙氣中SO?的脫除 率高于95%,氣體側的壓降小于lOOOPa.

Van der vaart等⑼】利用氧化性氣體吸收法脫除了游離金屬汞蒸氣。選擇 H2O2和K2S2O8為氧化劑進行實驗，基于運行過程的穩定性，選擇了 PTFE膜。 測試實驗是在TNO的專利裝置中進行的，該裝置中配有中空纖維膜.實驗結果表 明，只有在低氧化電位（H2O2）時液體流速會影響傳質系數。利用硫化汞沉淀法 可實現吸收劑液體的再生。

11.3.4烯炬和烷矩的分離

膜接觸器可以有效地用于烯炷和烷繪的分離，該過程采用硝酸銀溶液作為吸 收劑El.

人們研究了復合中空纖維膜組件中乙烯和乙烷的分離過程使用聚丙烯中 空纖維膜為支撐材料，根據滲透率、選擇性和穩定性對不同表層材料［乙烯、丙 ? 烯、二烯炷的三元共聚物，EPDM,磺化聚醵瞇酮（SPEEK）；聚乙烯氧化物， PEO和聚對苯二甲酸丁二酯，PBT］進行了測試和比較。PEO/PBT表層表現出最 佳的性能，即使在高液體流速時也能獲得40?50Bar的滲透系數和165的選擇性。

Tsou等［⑷利用管程含有硝酸銀溶液的親水性中空纖維膜組件，從74/26乙 烯/乙烷的混合物中有效地脫除了乙烯。Kovvali和Sirkar〔95〕借助甘油基固定化液 膜分離1-丁烯/正丁烯，得到了大約850的選擇性。

空氣除濕

Isetti等36］采用LiCl和Ca （NO3）2為吸收劑溶液，應用疏水性膜接觸器進行 了空氣除濕研究。吸收劑的再生在另一個通有熱空氣的膜接觸器中進行，并且所需 ? 操作溫度取決于膜的厚度。在溶液溫度為323K時，使用聚乙烯膜（厚度為 170pm）獲得了 200g/（m2?h）的蒸氣通量，而PTFE膜（厚度為28“m）在低 10K的溶液溫度下獲得了相同的蒸氣通量，因而更節能。

Bergero與Chiari^?］在一個錯流的聚丙烯中空纖維膜接觸器內研究了用水進行 空氣加濕、LiCl飽和溶液進行空氣除濕的過程。在空氣加濕及除濕的兩種情況下 都得到了高的傳質效率。作者發現空氣濕含量的變化幅度隨著空氣流速的增加而減 ? 少，而與液體流速無關，因此，隨空氣流速的增加，膜接觸器的效率降低。

其它應用

除了上面介紹的應用（見第9章），膜接觸器借助于支撐液膜還能用于從空氣中分 離氧氣，以及用于香煙煙霧中有害成分的脫除以及用作人工鮑（圖11.10,圖11.11）.

Jansen等頁〕使用煙氣發生器產生香煙煙霧中的有害成分（丙酮、苯乙烯、甲 醛、尼古丁、氨），并將污染空氣送入膜接觸器殼程，而水在管程流動。根據各種 ? 組分在水中的溶解度不同，得到了不同的脫除率：丙酮97%,苯乙烯15%,甲醛 98%,尼古丁 99%,氨 95%。

我們已經介紹了膜接觸器可作為向液體溶液中引入或從液體中脫除氣體或 揮發性化合物的一種手段。Yang和CusslerC98］依據這種思路提出將微孔疏膜接觸器作為人工鮑。他們把一個小動物放入一個與膜接觸器殼程連接的箱子 ? 里。氣體在箱子和膜接觸器的殼程之間循環，而水被泵入到膜接觸器的管程。 水中的氧氣和氣體中二氧化碳的交換速率能夠使這個動物生存。通過增加箱子 的大小和膜接觸器的數目，就能夠使更大的動物生存。Yang成功地親自驗證 了這個系統。