膜分离回收挥发性有机气体

摘要

VOCs(VolatileOrganicCompounds)是一大类大气污染物，排放来源广泛，对生产生活的安全和人类健康造成了很大的危害。随着经济的进一步发展，VOCs排放量越来越大，目前已经成为大气污染物中需要进行重点控制的对象。膜技术是发展于二十世纪的一项新兴的分离技术。应用膜技术分离VOCs不仅能达到控制污染的目的，还可以回收利用废气中经济价值较高的VOCs，符合建设经济节约型社会的要求。 本文首次将新型硅橡胶膜——聚辛基甲基硅氧烷(Polyoctylmethylsiloxane，POMS)应用于VOCs的回收分离领域。考察了POMS膜对常见VOCs甲苯、乙酸乙酯的分离效果；研究了各种实验操作条件对分离效率的影响，为POMS膜的工业化应用提供了有参考价值的数据；本文还测量比较了甲苯、乙酸乙酯、二甲苯、丙酮、正丁醇在POMS膜的吸附溶解数据，并预期了使用POMS膜对这些VOCs可能取得的分离效果。 本实验仅在真空泵提供的(≤)0.1MPa的渗透压力差下，使用POMS膜分离VOCs中具有代表性的甲苯、乙酸乙酯取得了较好的的分离效果：处理量为1.78m3/(m2·h)时，使用卷式膜分离器，甲苯和乙酸乙酯去除率最高可接近90﹪。渗透压力差0.08MPa下使用卷式膜甲苯渗透速率可达8.01E-07mol/(s·m2·Pa)，乙酸乙酯渗透速率为8.12E-07mol/(s·m2·Pa)；研究各种操作条件对分离效果的影响，渗透压力差的影响最大，VOCs去除率和渗透速率随渗透压力差的增大而增大，VOCs去除率随原料气流量增大而减小，但在处理量为1.78m3/(m2·h)～2.81m3/(m2·h)范围内，原料气流量对VOCs的渗透速率影响不大，基本为一个定值，该值可用来做膜分离过程参数选取的依据；原料气中VOCs浓度以及POMS膜材料的活性分离层厚度对其的分离效果影响不大，两种厚度的膜材料对浓度在1000mg/m3～5000mg/m3范围内的VOCs都有较好的分离回收效果。 根据二甲苯、正丁醇、丙酮在POMS膜表面的溶解吸附数据，对比甲苯、乙酸乙酯的溶解吸附数据，推测使用POMS膜可能对含有较长脂肪链的正丁醇以及含有甲基的芳香族化合物二甲苯具有较好的分离效果。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1引言

1.2 VOC概述

1.3 VOC处理方法

1.3.1燃烧法

1.3.2生物法

1.3.3电晕法

1.3.4吸附法

1.3.5吸收法

1.3.6冷凝法

1.3.7多种处理技术工艺性能对比

1.4膜分离技术概况及研究进展

1.4.1膜技术概况

1.4.2气体分离膜技术的发展

1.4.3膜的分类

1.5气体在膜中的渗透机理

1.5.1气体在多孔膜中的渗透机理

1.5.2气体在非多孔膜中的渗透机理

1.5.3气体在橡胶态聚合物中的传递

1.6国内外研究动态

2研究内容与意义

2.1研究目的和意义

2.2分离膜

2.2.1膜材料

2.2.2膜分离元件

2.3分离对象的选择

2.3.1甲苯

2.3.2酸乙酯

2.4实验内容

3应用POMS膜分离回收VOC

3.1实验材料与仪器

3.1.1实验试剂

3.1.2实验仪器及设备

3.2 VOC浓度的检测

3.3实验装置及流程

3.4实验研究参数的选择

3.5计算公式及符号说明

3.5.1有关计算

3.5.2符号说明

4 POMS膜处理含甲苯的废气

4.1单层膜试验

4.1.1渗透压力差对甲苯分离效果的影响

4.1.2原料气流量对甲苯去除率的影响

4.1.3原料气中甲苯浓度对分离效果的影响

4.1.4膜材料的活性层厚度对甲苯分离效果影响

4.2卷式膜试验

4.2.1膜分离中渗透压差对甲苯分离效果的影响

4.2.2原料气流量对甲苯分离效果的影响

4.2.3原料气中甲苯浓度的变化对甲苯分离效果的影响

4.2.4膜材料的活性层厚度对甲苯分离效果影响

4.3小结

5 POMS膜处理含乙酸乙酯的废气

5.1单层膜试验

5.1.1渗透压差对乙酸乙酯分离效果的影响

5.1.2原料气流量对乙酸乙酯去除率的影响

5.1.3原料气中乙酸乙酯浓度的变化对分离效果的影响

5.1.4膜材料的活性层厚度对乙酸乙酯分离效果影响

5.2卷式膜试验

5.2.1渗透压力差对乙酸乙酯分离效果的影响

5.2.2原料气流量对乙酸乙酯分离效果的影响

5.2.3原料气中乙酸乙酯浓度的变化对分离效果的影响

5.2.4膜材料的活性层厚度对乙酸乙酯分离效果影响

5.3小结

6 POMS膜对其它VOCs分离回收效果预测

6.1实验方法

6.2 POMS膜对甲苯、乙酸乙酯的吸附能力

6.2.1 POMS膜吸附甲苯

6.2.2 POMS膜吸附乙酸乙酯

6.3由POMS膜吸附能力预测对其它VOCs分离效果

6.3.1 POMS膜吸附丙酮

6.3.2 POMS膜吸附二甲苯

6.3.3 POMS膜吸附正丁醇

6.4小结

7结论

参考文献

攻读硕士学位期间(待)发表学术论文情况

致 谢