燃煤煙氣雜質(zhì)影響膜法捕集CO2的研究進展

沙 焱，楊林軍

（東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210096）

進展與述評

燃煤煙氣雜質(zhì)影響膜法捕集CO2的研究進展

沙 焱，楊林軍

（東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210096）

膜法捕集 CO2系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性直接制約其大規(guī)模運用，本文總結(jié)分析了其穩(wěn)定性一方面受到膜自身特點，如孔徑分布、孔隙率等的影響；另一方面燃煤煙氣雜質(zhì)對膜系統(tǒng)的作用也是限制其發(fā)展的要素所在，如細顆粒物會吸附沉積在膜表面或膜孔內(nèi)部、水蒸氣易冷凝于膜表面或在孔徑內(nèi)形成毛細管冷凝現(xiàn)象、SO2會與CO2形成競爭吸附，這些因素都會引起氣體通量的變化，從而改變膜捕集系統(tǒng)的性能。

膜；碳捕集；細顆粒物；水蒸氣；二氧化硫

燃煤電廠是重要溫室氣體CO2的主要排放源，在全球碳減排的大環(huán)境下，電廠碳捕集常見方法有吸收法、吸附法以及膜法[1]。膜法有自身的優(yōu)點，它主要分為膜分離和膜吸收兩部分。膜分離對CO2選擇分離性高、能耗低、無二次污染；膜吸收相比于普通吸收法無液沫夾帶等現(xiàn)象，并且傳質(zhì)面積大。目前大中型燃煤電廠常用濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，其出口煙溫度較低，所以膜法捕集系統(tǒng)安置在脫硫裝置之后較優(yōu)。但在電廠的實際煙氣環(huán)境中，存在如細顆粒物、水汽、SO2等雜質(zhì)會對膜的穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響。因細顆粒物用普通除塵技術(shù)很難脫除，所以容易吸附沉積[2]；脫硫系統(tǒng)出口煙氣中的水汽一般接近飽和狀態(tài)，容易冷凝[3]。但這方面的研究鮮有報道，這也成為制約碳的膜法捕集大規(guī)模運用的重要原因。本文作者從膜法捕集自身特點以及煙氣雜質(zhì)對膜性能的影響方面進行了總結(jié)與分析。

1 膜材料特點及過程影響因素

現(xiàn)今膜法研究中，膜吸收處理CO2的成果報道相對較多，它主要偏重于介紹吸收劑的選擇[4-6]、吸收劑的利用效率[7-8]以及多種吸收劑的組合[9-10]來優(yōu)化吸收效率、膜吸收過程中傳質(zhì)阻力[11-12]等問題。總體來說，膜法研究集中在膜材料的選擇優(yōu)化、膜組件設(shè)計、操作條件的影響等方面[13]。

目前大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的膜材料以高分子材質(zhì)為主，因其成本比無機材料的低近1～2個數(shù)量級，并且研究證實高分子膜對脫除煙氣中的CO2有較好的效果。膜材料除了一些基本的特性（如力學(xué)強度、穩(wěn)定性等）外，氣體分離要求膜材料對透過組分有優(yōu)先溶解、擴散的能力；膜吸收則需要膜不易被潤濕，保持小的液膜傳質(zhì)阻力。目前大多膜過程采用對已有高分子材料進行篩選的方法，很少會特別設(shè)計合成材料，但是要同時滿足膜過程所有要求很困難，所以常采用膜材料或膜表面改性的方法來獲得某些性能。

1.1 膜分離

氣體膜分離常用的高分子材料有橡膠態(tài)和玻璃態(tài)兩種，如聚砜（PS）、聚酰亞胺（PI）、聚碳酸酯（PC）。選擇性與滲透性是膜材料的兩大重要性能，膜分離過程就是基于這兩大性能，利用膜間壓力差以及氣體在膜中溶解擴散的速率差異達到分離的目的。玻璃態(tài)聚合物氣體滲透的過程中，一組分易受其它組分影響，表觀分離系數(shù)比按純組分計算的值小，并且壓力越大，值就越小。因為對于玻璃態(tài)聚合物，存在雙吸附（Henry定律和L型吸附），不同組分的氣體互相競爭，一組分的存在會使另一組分的滲透濃度下降，從而使膜的滲透性能變差，而橡膠態(tài)聚合物的滲透性則較好。壓力和溫度的變化會影響分離膜的滲透性和選擇性，從而制約膜分離過程[14]。針對于碳捕集，25 ℃時較理想的CO2/N2選擇分離系數(shù)為20左右[15]。

1.2 膜吸收

膜吸收將膜技術(shù)和傳統(tǒng)吸收相結(jié)合，利用微孔膜將氣液相分隔，膜本身不具備選擇性，只是起到加快傳熱傳質(zhì)的作用[16]。膜吸收解決了膜分離過程中選擇性與滲透性不能兼顧的矛盾[17]。因微孔膜的孔徑在0.01～1 μm，對于只有數(shù)埃（1埃=0.1 nm）分子直徑的氣體，很容易使其滲透通過，且利用吸收劑的選擇性來增強對某一特定氣體組分的選擇。

膜吸收多采用疏水性材料，如聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）等[18]，因在不潤濕的操作條件下傳質(zhì)阻力小，即讓氣體充滿膜孔，擴散至液相表面，被液體吸收，以獲得最小的傳質(zhì)阻力。一旦膜材料被潤濕，不僅其液相傳質(zhì)阻力有較大的增加[19]，還會引起高分子材料的溶脹作用，改變膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)[20]。因此，為了獲得最小傳質(zhì)阻力，氣體不在液體中鼓泡，液體也不被壓入膜孔，兩相壓差的選擇就很重要。

雖然兩相壓差對傳質(zhì)系數(shù)沒有直接影響，但仍需要保持在一定范圍內(nèi)，即存在一臨界突破壓力（穿透壓）：ΔP=(2γcosθ)/r（Young-Laplace公式）。其中，γ為液體表面張力；θ為接觸角；r為孔半徑[21]。若壓差超過該值，會發(fā)生兩相間的混合。膜吸收過程中真正的傳質(zhì)推動力是被吸收組分在兩相間的化學(xué)位差：ΔμA=RTΔln(αA)+VAΔP[22]。CO2與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被脫除，但其它成分（如N2、O2）在吸收劑中的溶解度很低，并且?guī)缀醪慌c吸收劑反應(yīng)，因而沒有濃度差驅(qū)動，所以被留在原料氣一側(cè)。

基于三膜理論，即吸收過程中受氣相、膜相和液相的傳質(zhì)阻力的影響，兩相流速、反應(yīng)類型（快速或者瞬間反應(yīng)等）、吸收劑的量、濃度、液氣比等都是影響膜吸收過程中傳質(zhì)推動力的因素。以上這些在以往的文獻中討論較多，此處僅對一些和膜污染有關(guān)的膜結(jié)構(gòu)參數(shù)作簡要介紹。

1.2.1 孔隙率及孔徑分布

以往的研究中，大多數(shù)研究者忽視了膜結(jié)構(gòu)參數(shù)對膜兩側(cè)流體中傳質(zhì)的影響，膜的存在會對近膜壁面處溶質(zhì)的濃度分布產(chǎn)生影響。當(dāng)孔隙率較大或者孔徑較小時，膜孔相距較近，近膜壁面處濃度分布均勻；反之，濃度分布不均[23]。

但可以通過在吸收劑中加入第三方粒子（如TiO2），將動量引入近膜壁面液相側(cè)的邊界層，從而使膜壁面溶質(zhì)分布均勻[24]。

濃度不均嚴重時會引起濃差極化，進而改變膜面附近原料成分的性質(zhì)，使污染組分在膜面的濃度增加，加速膜污染的進程[25]。不過吸收CO2時，由于反應(yīng)特點使其傳質(zhì)過程受“濃差極化”的影響很小[26]。

孔徑分布越寬的膜材料，越容易被細顆粒物堵塞[27]。王秋華等[28]也發(fā)現(xiàn)膜孔抗堵性能與孔徑分布的寬度有關(guān)，分布越寬，抗堵性越差。

1.2.2 膜表面粗糙度[14]

表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物的可能性增加，但同時也增加了膜面的擾動程度，阻礙了污染物在表面的沉積。

膜材料特點會影響煙氣中一定濃度的雜質(zhì)的富集和沉積等，進而對膜捕集過程的穩(wěn)定進行產(chǎn)生干擾。

2 膜法過程雜質(zhì)的影響

CO2的分離捕集是燃煤電廠減排的主要內(nèi)容，膜法是目前較常用的方法之一。但因煙氣中細顆粒物及氣態(tài)污染物難以完全脫除，同時經(jīng)濕法脫硫后水汽接近飽和狀態(tài)，所以掌握煙氣中細顆粒物及共存氣態(tài)組分與膜的作用規(guī)律是迫切需要解決的關(guān)鍵問題。

2.1 顆粒物

細顆粒物堵塞的問題主要針對于膜吸收，因膜分離中細顆粒物只能沉積于膜表面[29]。膜吸收過程中，當(dāng)顆粒物粒徑大小與膜孔徑相近時，顆粒物最容易進入膜孔，膜被堵塞的概率增加。如水污染領(lǐng)域的經(jīng)驗：截留率高的膜（也就是孔徑比較小的膜）比部分截留的膜不易受到污染，但并不是膜的孔徑越小越好[25]。Choo等[30]在用 3種不同親、疏水性的膜（疏水的聚砜膜、親水的纖維素膜、更加疏水的聚偏氟乙烯膜）處理污水時，發(fā)現(xiàn)膜孔徑0.1 μm左右出現(xiàn)膜污染最低點。當(dāng)孔徑小于0.1 μm時，污染程度又隨孔徑的減小而增加。這是因為孔徑的減小會使被截留的組分增多，致使膜堵塞的可能性加大。

不過，膜孔徑大小不是唯一的影響因素，它還與膜表面的化學(xué)特性有關(guān)，因為其化學(xué)特性會影響膜對顆粒物的吸附作用。不同膜的材質(zhì)不一樣，表面特性不一，對顆粒物的吸附也不一樣，即膜被堵塞的程度以及快慢都不同，甚至有些小粒徑的顆粒物也會堵塞膜孔。

因膜污染問題已成為制約膜法工業(yè)應(yīng)用的瓶頸，各國學(xué)者對水處理的膜污染機理和控制進行過大量研究[31]，所以在水處理膜污染控制機制方面掌握較純熟，但關(guān)于氣體方面膜污染的研究成果卻接近空白。因這兩方面所用的膜材料類似，并且顆粒物在膜表面或膜孔中的吸附、沉積都會使膜滲透通量產(chǎn)生衰減，雖然兩者亦有差別，膜法水處理過程中的顆粒物含有機物的成分，并且該法是以去除顆粒物為目的，而電廠膜法碳捕集技術(shù)只是為了分離CO2，但是部分研究手段、結(jié)論及規(guī)律對膜法捕集CO2仍有一定的指導(dǎo)作用。

借鑒以陶瓷膜為代表的高溫除塵技術(shù)，Sibanda等[32]認為陶瓷膜在進行氣固分離操作時，與液固分離情況類似，都屬于微濾過程。王耀明[33]指出部分小粒子會進入膜孔內(nèi)，與孔壁相接觸并黏附于壁內(nèi)。小顆粒物容易穿透膜孔增大堵塞膜孔的概率，導(dǎo)致產(chǎn)生氣阻增大氣體滲透通量下降的現(xiàn)象。不過同樣，陶瓷膜的主要目的是除塵而非捕集CO2。

雖然以上兩方面的膜法過程并不是以脫除CO2為目的，但是細顆粒物在膜過程中的吸附沉積卻有共通之處，都會導(dǎo)致膜的孔結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，影響膜性能。

濕法脫硫系統(tǒng)煙氣中的細顆粒物除燃煤飛灰外，還有硫酸霧等組分。硫酸霧主要來源于SO3與水汽形成的H2SO4蒸氣。在進入濕法脫硫系統(tǒng)時，可通過均相、非均相成核作用形成亞微米級的H2SO4霧滴，現(xiàn)有濕法脫硫系統(tǒng)難以有效捕集。而當(dāng)H2SO4蒸氣在細顆粒物表面冷凝后，就使得細顆粒物具有了黏性，更容易吸附沉積于膜表面或膜孔

徑內(nèi)[34-35]。

膜除了受顆粒物的影響之外，還會受到水蒸氣、SOx等雜質(zhì)的影響。

2.2 水蒸氣

水蒸氣的L型等溫線中b值很大，表明其極易冷凝。對于親水性的膜材料，水分子很容易通過。

陳勇等[36]歸納總結(jié)了水蒸氣在膜中的特殊滲透行為，主要有以下幾種：水分子的成簇遷移；對膜材料產(chǎn)生的塑化、溶脹；在多孔膜滲透時，可能存在的毛細管凝聚現(xiàn)象。

2.2.1 成簇遷移現(xiàn)象

水蒸氣在某些高分子材料中滲透，擴散系數(shù)在低濕度時隨相對濕度增大而增大，高濕度時擴散系數(shù)反而下降。因為低活度時，離子基團和水分子之間的相互作用為主要因素，而在高活度時水分子成簇占主導(dǎo)地位。水蒸氣在許多疏水性的膜材料中滲透都存在成簇遷移現(xiàn)象。由于水分子成簇遷移的結(jié)果，使?jié)B透分子尺寸增大，擴散速度降低。

2.2.2 塑化作用

當(dāng)滲透組分與膜材料之間相互作用較強時，可能會對膜材料產(chǎn)生塑化作用。

親水性的膜材料易發(fā)生塑化，擴散速度隨水蒸氣含量的增大而加快。

Scholes等[37]發(fā)現(xiàn)對于某些高分子分離膜，因為固定的膜通量以及競爭作用，水蒸氣會造成最初CO2通量的減少，但是由于塑化作用會使CO2通量在一段時間后回升。其原因是水蒸氣冷凝液使膜加速溶脹，CO2的滲透速率增加，不過這樣會降低膜的選擇性。

2.2.3 毛細管凝聚

通常毛細管凝聚發(fā)生在多孔材料中，水的毛細管凝聚會使非可凝性氣體組分的滲透性下降?？赡哉魵馕皆诳妆谏希a(chǎn)生毛細管凝聚，微孔被吸附分子填充，阻塞非可凝氣體的滲透，使氣體的選擇性略有升高[38-39]。

成簇遷移現(xiàn)象和塑化作用中的滲透行為通常發(fā)生在膜分離過程中，毛細管凝聚則主要發(fā)生在膜吸收中，雖然膜分離材料的高自由體積玻璃態(tài)聚合物也會發(fā)生毛細管凝聚現(xiàn)象，但是其選擇性相對較低。

Hussain等[40]認為低壓以及高溫可以防止水蒸氣冷凝繼而與膜的反應(yīng)，但是低壓下某些膜中水蒸氣對滲透有促進作用。Scholes等[41]發(fā)現(xiàn)碳膜長期暴露在氧氣中，會使膜表面更加親水。

2.3 二氧化硫

SOx在潮濕環(huán)境下形成的硫酸霧容易對膜材料造成腐蝕[42]。

膜分離過程中，由于水蒸氣和SO2的協(xié)同作用，膜結(jié)構(gòu)稠化和收縮，從而使其滲透性下降。Zhang等[43]報道稱有水蒸氣存在的情況下，SO2穿透膜的時間非常短，因為膜分離中競爭關(guān)系主要為CO2與水蒸氣，弱化了對SO2的競爭，致使SO2很容易穿透膜。但是這一競爭關(guān)系對NOx的穿透并沒有太大的促進作用。

膜吸收中，因SO2分子有一對未飽和的孤對電子使得它很容易在長鏈烴有機物上（如聚丙烯、聚四氟乙烯）形成吸附，對膜材料產(chǎn)生影響[44]。Bonenfant等[45]發(fā)現(xiàn)當(dāng)有SO2存在時，CO2的吸收率會下降。

2.4 膜的清洗

在用超聲波洗滌高分子膜后，基本可以除去沉積在膜中的細顆粒物，只是有一些還是會黏附在膜的表面，但是清洗后膜的氣體滲透能力會減小。膜長期暴露在煙氣中，有時會產(chǎn)生裂紋[29，46]。

3 膜污染的在線監(jiān)測

膜長期暴露在實際煙氣中，顆粒物會在其表面覆蓋或者堵塞膜孔，嚴重時會很大程度上影響膜分離或膜吸收的效果，此處只對一些顆粒物影響的監(jiān)測方法作簡單介紹。

3.1 電荷法

電荷法是靠電荷的傳遞進行測量，不過受環(huán)境的影響較大。

3.2 光學(xué)法

光學(xué)法可以分為透射法和散射法兩種，但是會有不適用的情況，如較高的顆粒物濃度使測量的非線性增加，無法保證測量的精度[47]。

3.3 超聲波技術(shù)

超聲波技術(shù)又稱超聲時域反射法，對膜污染的監(jiān)測更加直接和直觀化，這是因膜污染表面超聲反射信號的變化與污染層在膜表面的生長有很好的對應(yīng)關(guān)系。超聲波是一種機械波，當(dāng)它入射到不同介質(zhì)的交界面時，能量被分割，其中一部分以反射形式表現(xiàn)。污染物沉積層不同于膜材料，當(dāng)超聲波從不同的聲阻抗的表面反射時，振幅不同，這些振幅變化可以把它轉(zhuǎn)換為電信號來測量。

同時超聲波監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)點還在于作用一定時間后，膜強度和結(jié)構(gòu)無明顯變化，即對膜材料不會有降解作用。超聲波對于膜吸收還有促進作用，但是在其功率高時不明顯。超聲波也有熱效率，所以應(yīng)該注意溫度的控制[48]。

但在實際過程中，超聲能量經(jīng)過衰減及多次反射疊加，情況較為復(fù)雜，所以信號分析和處理就顯得尤為重要[49]。超聲波還可以監(jiān)測膜污染在膜元件的不同分布以及最先出現(xiàn)在哪一部分。

4 結(jié) 語

（1）膜材料有許多種，即使同一種膜材料，若制膜工藝不同，膜結(jié)構(gòu)差別也很大，從而膜的性能和作用機理也不同，而膜本身的性能會影響到煙氣雜質(zhì)如細顆粒物的吸附沉積、水蒸氣的冷凝作用等。

（2）在煙氣雜質(zhì)對膜的影響研究中，細顆粒物一定會在膜上富集或者在膜孔中吸附沉積，特別對于多孔膜，當(dāng)膜孔徑與顆粒粒徑相似時最易被堵塞，因為膜的表面特性也會影響其對顆粒物的吸附作用，所以在某些膜上，即使很小粒徑的顆粒物也會堵塞膜孔。而水蒸氣的影響就因膜的親疏水性而異，它會在膜表面凝結(jié)或在膜孔內(nèi)產(chǎn)生毛細管凝聚現(xiàn)象，從而影響非可凝性氣體的滲透作用。SO2會使CO2的吸收率下降，并且酸性氣體冷凝易腐蝕膜材料。

（3）可以用超聲技術(shù)監(jiān)控膜污染和膜破損，并且可從超聲波對膜污染清除的難易程度來反映細顆粒物的物性（如黏附性）以及膜孔堵塞程度。清洗后膜的氣體通量還是會減少，可見煙氣雜質(zhì)對膜的損害是不可逆轉(zhuǎn)的。

今后的研究可以在實際煙氣環(huán)境下，通過對膜結(jié)構(gòu)與宏觀性能變化規(guī)律的考察，確定細顆粒物在膜中吸附沉積、共存氣態(tài)組分對膜結(jié)構(gòu)和宏觀性能影響的關(guān)系，從而建立使膜法穩(wěn)定運行的煙氣雜質(zhì)的限值，或者通過改變膜自身參數(shù)至最優(yōu)狀態(tài)來應(yīng)對實際電廠的煙氣雜質(zhì)含量。

[1]黃斌，劉練波，許世森．二氧化碳的捕集和封存技術(shù)進展[J]．中國電力，2007，40（3）：14-17．

[2]顏金培，楊林軍，張霞，等．燃煤PM2.5相變脫除實驗研究[J]．環(huán)境科學(xué)，2008，29（12）：3337-3341．

[3]Sijbesma Hylke，Nymeijer Kitty，Marwijk Robvan，et al．Flue gas dehydration using polymer membranes[J]．Journal of Membrane Science，2008，313：263-276．

[4]Li K，Teo W K．Use of permeation and absorption methods for CO2removal in hollow fiber membrane modules[J]．Separation and Purification Technology，1998，13（1）：79-88．

[5]Lee Yongtaek，Richard D．Noble analysis of CO2removal by hollow fiber membrane contactors[J]．Journal of Membrane Science，2001，194（1）：57-67．

[6]Kim Young Seok，Yang Seung Man．Absorption of carbon dioxide through hollow fiber membranes using various aqueous absorbents[J]．Separation and Purification Technology，2000，21（1-2）：101-109．

[7]陸建剛，馬駿，王連軍．膜接觸器分離混合氣體中的二氧化碳[J]．膜科學(xué)與技術(shù)，2005，25（5）：15-19．

[8]朱寶庫，陳煒，王建黎，等．膜接觸器分離混合氣中二氧化碳的研究[J]．環(huán)境科學(xué)，2003，24（5）：34-38．

[9]Zhang Xu，Yang Yanhua，Zhang Chengfang，et al．Absorption rate of CO2into MDEA aqueous solution blended with piperazine and diethanolamine[J]．Chinese J．Chem．Eng.，2003，11（4）：408-413．

[10]陸建剛，鄭有飛，連平，等．膜基-氣體吸收耦合分離混合氣中CO2性能評價[J]．南京氣象學(xué)院學(xué)報，2007，30（6）：881-884．

[11]葉向群，孫亮，張林，等．中空纖維膜基吸收法脫除空氣中二氧化碳的研究[J]．高?；瘜W(xué)工程學(xué)報，2003，17（3）：237-242．

[12]楊明芬．膜吸收法和化學(xué)吸收法脫除電廠煙氣中二氧化碳的試驗研究[D]．浙江：浙江大學(xué)，2005．

[13]彭海媛．膜氣體吸收法脫除電廠模擬煙氣CO2[J]．化學(xué)工程與裝備，2010（9）：174-177．

[14]王雪松．現(xiàn)代膜技術(shù)及其應(yīng)用指南[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

[15]Bertelle S，Gupta T，Roizard D，et al．Study of polymer-carbon mixed matrix membranes for CO2separation from flue gas[J]．Desalination，2006，199：401-402．

[16]Feron P H M，Jason A E．The production of carbon dioxide from flue gas by membrane gas absorption[J]．Energy Conversion Management，1997，38（S1）：93-98．

[17]Richard W B．Membrane Technology and Applications[M]．New York：McGraw-Hill，2000：1-25．

[18]Rajabzadeh Saeid，Yoshimoto Shinya，Teramoto Masaaki，et al．CO2absorption by using PVDF hollow fiber membrane contactors with various membrane structures[J]．Separation and Purification Technology，2009，69：210-220．

[19]張衛(wèi)風(fēng)，王秋華，方夢祥，等．膜吸收法分離煙氣二氧化碳的研究進展[J]．化工進展，2008，27（5）：635-639．

[20]陸建剛，王連軍，鄭有飛，等．濕潤率對疏水性膜接觸器傳質(zhì)性能的影響[J]．高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報，2005，26（5）：912-917．

[21]Kim B S，Harriott P. Critical energy pressure for liquids in hydrophobic membrane[J]．Colloid Interfaces Sci.，1987，115：1-8．

[22]郝欣．孔隙率對多孔膜氣體吸收過程傳質(zhì)性能影響的研究[D]．北京：北京化工大學(xué)，2004．

[23]陳賡．膜吸收過程傳質(zhì)化行為的模型研究[D]．北京：北京化工大學(xué)，2009．

[24]陳賡，江漪，張衛(wèi)東，等．TiO2粒子對膜吸收過程中近膜壁面處溶質(zhì)傳質(zhì)行為的影響[J]．北京化工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，33（2）：6-10．

[25]劉茉娥，蔡邦肖，陳益棠．膜技術(shù)在污水治理及回用中的應(yīng)用[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2005．

[26]張衛(wèi)東，高堅，史季芬．酸性氣體膜吸收過程中濃差極化[J]．過程工程學(xué)報，2003，4（3）：308-312．

[27]吳秋林，吳邦明．微孔膜結(jié)構(gòu)與抗堵性能研究[J]．膜科學(xué)與技術(shù)，1993，13（4）：51-55．

[28]王秋華，張衛(wèi)風(fēng)，方夢祥，等．我國膜吸收法分離煙氣中CO2的研究進展[J]．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，32（7）：68-74．

[29]Bram M，Brands K，Demeusy T，et al．Testing of nanostructured gas separation membranes in the flue gas of a post-combustion power plant[J]．International Journal of Greenhouse Gas Control，2011，5：37-48．

[30]Choo K H，Lee C H. Effect of an aerobic digestion broth composition on membrane permeability[J]．Wat. Sci. Tech.，1996，34（9）：178．

[31]沈悅嘯，王利政，莫穎慧，等．膜污染和膜材料的最新研究進展[J]．中國給水排水，2010，26（14）：16-22．

[32]Sibanda V，Greenwood R W，Seville J P K．Particle separation from gases using cross-flow filtration[J]．Power Technol.，2001，118：193-202．

[33]王耀明．高溫?zé)煔鈨艋每滋荻忍沾衫w維膜的設(shè)計、制備及特性[D]．武漢：武漢理工大學(xué)，2007．

[34]Sinanis S，Wix A，Ana L，et al．Characterization of sulphuric acid and ammonium sulphate aerosols in wet fue gas cleaning processes[J]．Chemical Engineering and Processing，2008，47：22-30．

[35]Laudal Dennis L．Evaluation of a Wet ESP for Reducing SO3Aerosol Emissions[R]．DE-FC 26-98FT40321，2002．

[36]陳勇，王從厚，吳鳴．氣體膜分離技術(shù)與應(yīng)用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

[37]Scholes Colin A，Kentish Sandra E，Stevens Geoff W．The effect of condensaable minor components on the gas separation performance of polymeric membranes for carbon dioxide capture[J]．Energy Procedial，2009，1（1）：311-317．

[38]劉麗，陳勇，李恕廣，等．可凝性氣體在聚合物膜中的“非常規(guī)”滲透行為[J]．高分子材料科學(xué)與工程，2001，17（6）：6-9．

[39]吳庸烈，李國民，李俊鳳，等．水蒸氣在高分子膜中的透過行為與氣體膜法脫濕[J]．膜科學(xué)與技術(shù)，2007，27（3）：1-5．

[40]Hussain Arshad，Hagg May-Britt．A feasibility study of CO2capture from flue gas by a facilitated transport[J]．Journal of Membrane Science，2010，359：140-148．

[41]Scholes Colin A，Kentish Sandra E，Stevens Geoff W．Carbon dioxide separation through polymeric membrane systems for flue gas applications[J]．Recent Patents on Chemical Engineering，2008，1：52-66．

[42]蘭新生，蘇長華，周易謙．石灰石/石膏濕法脫硫系統(tǒng)凈煙氣中SO3（硫酸霧）來源的討論[J]．電力環(huán)境保護，2006，22（6）：34-36．

[43]Zhang Jun，Xiao Penny，Li Gang，et al．Effect of flue gas impurities on CO2capture performance from flue gas at coal-fired power stations by vacuum swing adsorption[J]．Energy Procedia，2009，1：1115-1122．

[44]張澤延，張冬冬，宋福嶺，等．膜吸收二氧化硫過程中吸附的影響[J/OL]．中國科技論文在線，http：//www．Paper.edu.cn.

[45]Bonenfant Danielle，Mimeault Murielle，Hausler Robert．Estimation of the CO2absorption capacities in aqueous 2-（2-aminoethylamino）ethanol and its blends with MDEA and TEA in the presence of SO2[J]．Ind. Eng. Chem. Res.，2007，46：8968-8971．

[46]Brands Katharina，Uhlmann David，Smart Simon，et al．Long term flue gas exposure effects of silica membranes on porous steel substrate[J]．Journal of Membrane Science，2010，359：110-114．

[47]唐勤學(xué)．采用光學(xué)法測量工業(yè)粉塵的原理分析及應(yīng)用[J]．自動化與儀器儀表，2008（4）：59-61．

[48]薛娟琴，蘭新哲，王召啟，等．煙氣膜吸收法脫除SO2的超聲波強化處理[J]．化工學(xué)報，2007，58（3）：750-754．

[49]李建新．超聲監(jiān)測技術(shù)在膜分離研究中的應(yīng)用[C]//第六屆全國膜與膜過程學(xué)術(shù)報告會，天津，2008．

Research progress of carbon dioxide capture effect of membranes affected by flue gas impurities

SHA Yan，YANG Linjun
（School of Energy and Environment，Southeast University，Nanjing 210096，Jiangsu，China）

Membranes are promising candidates for the separation of carbon dioxide from the flue gas of fossil fuel power plants. The stability of the membrane systems directly restraints its extensive application. This study analyzes the characteristics of membranes，such as pore diameter distribution and porosity，which could affect separation efficiency and stability of the system. Under real conditions，after long-term exposure in flue gas，the impurities could change the performance of membranes. The reduction of gas flux was mainly caused by the deposition of ash particles and gypsum. Water vapor could condense on the surface of membranes or in the pores of membranes through capillary condensation. The presence of sulfur dioxide would decrease the carbon dioxide captured by membranes in the process of competitive adsorption，which resulted in a change of gas flux. All these factors would negatively impact the performance of membranes and affect the application of membrane systems.

membrane；carbon dioxide capture；ash particle；water vapor；sulfur dioxide

X 701.7

A

1000-6613（2011）09-2069-06

2011-03-13；修改稿日期2011-04-16。

國家自然科學(xué)基金項目（51176034）。

沙焱（1985—），女，碩士研究生，研究方向為燃煤大氣污染控制。E-mail sasha_emptycity@sina.com。聯(lián)系人：楊林軍，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為燃煤大氣污染控制。E-mail ylj@seu.edu.cn。