疏水性單管陶瓷膜接觸器在SO2吸收中的應(yīng)用

韓士賢，高興銀，符開(kāi)云，邱鳴慧，范益群

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疏水性單管陶瓷膜接觸器在SO2吸收中的應(yīng)用

韓士賢，高興銀，符開(kāi)云，邱鳴慧，范益群

（南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210009）

對(duì)平均孔徑200 nm的氧化鋯陶瓷膜進(jìn)行疏水改性與表征，并將其組裝制成疏水性單管陶瓷膜接觸器，采用清水作為低成本吸收液，開(kāi)展了陶瓷膜接觸器在廢氣脫硫方面應(yīng)用的研究。比較了親、疏水陶瓷膜接觸器的傳質(zhì)性能，考察了進(jìn)氣流量、吸收液流量、進(jìn)氣濃度和吸收液溫度等因素對(duì)SO2脫除率和傳質(zhì)速率的影響，并對(duì)陶瓷膜接觸器進(jìn)行了長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試。研究表明，疏水改性只改變陶瓷膜的表面性質(zhì)（接觸角達(dá)到132°），對(duì)形貌結(jié)構(gòu)影響較??；與未改性的陶瓷膜相比具有更高的脫硫效率和總傳質(zhì)系數(shù)。SO2的脫除率和傳質(zhì)速率隨吸收液流量的增加均增加；SO2的脫除率隨進(jìn)氣流量和進(jìn)氣濃度的增加而降低，但傳質(zhì)速率增加；吸收液溫度的升高不利于SO2的吸收；原料氣中的CO2對(duì)SO2的脫除率影響較小。與傳統(tǒng)的填料塔相比，陶瓷膜接觸器具有更小的傳質(zhì)單元高度（HTU）值。陶瓷膜接觸器脫硫效率高，可穩(wěn)定操作，在廢氣脫硫方面具有良好的應(yīng)用前景。

膜接觸器；陶瓷膜；脫硫；疏水改性

引 言

船舶尾氣年排放SO占全球排放總量的13%[1]，SO排放對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成了嚴(yán)重危害[2-3]。IMO通過(guò)的《MARPOL附則Ⅵ》修正案對(duì)船舶SO排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定[4]。2015年12月，國(guó)家交通運(yùn)輸部設(shè)立珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海（京津冀）水域?yàn)榇按髿馕廴疚锱欧趴刂茀^(qū)。在已經(jīng)達(dá)成共識(shí)的控制船舶SO排放的方案中，使用低硫燃油會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本；使用液化天然氣作為替代燃料，船舶續(xù)航能力較弱[5-6]，因此，安裝廢氣洗滌裝置是控制船舶SO排放的首選[7-8]。由于船舶空間有限，船舶尾氣處理技術(shù)應(yīng)具有設(shè)備占地面積小、脫硫效率高、附加污染少等特點(diǎn)[9]。

膜吸收[10-11]是一種膜材料與氣體吸收相結(jié)合的新型膜過(guò)程，氣液相在固定的界面發(fā)生接觸與傳質(zhì)。與傳統(tǒng)洗滌塔相比，膜接觸器具有氣液接觸面積大、設(shè)備輕便小巧、安裝靈活、易于操作等方面的突出優(yōu)勢(shì)[12-13]，在船舶尾氣脫硫、CO2捕集等酸性氣體分離的應(yīng)用中具備很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力[14-15]，引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究人員的廣泛關(guān)注。Sun等[16]采用疏水PP中空纖維膜接觸器，開(kāi)展了膜吸收法海水脫硫的研究，以較低流量的海水吸收液處理較高流量的低濃度氣體時(shí)，脫硫效率可達(dá)90% 以上。表明了膜吸收海水脫硫技術(shù)良好的應(yīng)用前景。Iliuta等[17]比較了體積相近的PTFE中空纖維膜接觸器和填料塔對(duì)CO2的分離性能，結(jié)果表明，在膜非潤(rùn)濕的狀態(tài)下及部分潤(rùn)濕的狀態(tài)下，分離性能都優(yōu)于填料塔。Rajabzadeh等[18]考察了不同結(jié)構(gòu)的PVDF中空纖維膜接觸器長(zhǎng)期穩(wěn)定性，較低孔隙率和小孔徑的膜接觸器穩(wěn)定性較好，而孔隙率高和孔徑較大的膜在100小時(shí)內(nèi)完全潤(rùn)濕，傳質(zhì)性能急劇下降。Lv等[19]采用PP中空纖維膜組件，MEA作為吸收劑，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)脫除SO2和CO2的效果。但是，在考察系統(tǒng)的周期穩(wěn)定性研究中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行14 d后，由于中空纖維膜與MEA溶液長(zhǎng)時(shí)間接觸后，膜表面的形貌和孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，CO2傳質(zhì)速率降低為初始狀態(tài)的59%左右。

膜材料是膜接觸器的核心，膜材料的穩(wěn)定性是影響系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性的重要因素。船舶尾氣溫度高、組分復(fù)雜、SO2腐蝕性強(qiáng)以及堿性吸收液都對(duì)膜材料提出了很高的要求。與有機(jī)膜相比，陶瓷膜具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，在苛刻工業(yè)環(huán)境中有著廣泛的應(yīng)用[20]。將陶瓷膜應(yīng)用于膜接觸器中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能夠得到有效保障，預(yù)示著其良好的應(yīng)用前景。Yu等[21]將氧化鋯單管陶瓷膜進(jìn)行疏水改性，用于CO2的分離研究，表明無(wú)機(jī)陶瓷膜在材料的穩(wěn)定性、抗粉塵污染自清潔性等方面具備明顯的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)周期性干燥處理，陶瓷膜接觸器能夠保持較高的吸收率和傳質(zhì)速率。Lee等[22]制備出疏水性氧化鋁陶瓷中空纖維膜，用清水作為低成本吸收劑，實(shí)現(xiàn)了CO2的高效吸收。

本文將氧化鋯陶瓷膜組裝制成單管陶瓷膜接觸器，在相同操作條件下，比較了親、疏水陶瓷膜接觸器的脫硫效率和傳質(zhì)系數(shù)。考察了進(jìn)氣流量、吸收液流量、進(jìn)氣濃度，吸收液溫度及組分中CO2等因素對(duì)SO2脫除率和傳質(zhì)速率的影響，并對(duì)陶瓷膜接觸器的傳質(zhì)單元高度進(jìn)行計(jì)算。以期為陶瓷膜接觸器在SO2吸收中的推廣和膜接觸器的放大應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 試劑與材料

將烷基硅氧烷溶解于無(wú)水乙醇溶液，配制成改性溶液，采用表面接枝改性的方法，制備疏水性氧化鋯陶瓷膜[23]。實(shí)驗(yàn)選用的試劑為十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS，Sigma-Aldrich公司)，濃硝酸（65%，Sigma-Aldrich公司），無(wú)水乙醇（分析純，無(wú)錫市亞盛化工有限公司），氫氧化鈉（分析純，西隴化工股份有限公司）和去離子水（實(shí)驗(yàn)室自制），SO2/N2標(biāo)準(zhǔn)氣體、CO2/N2標(biāo)準(zhǔn)氣體，高純N2（南京天澤氣體有限責(zé)任公司）。

實(shí)驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的氣液平行逆流式膜組件，使用的管式氧化鋯陶瓷膜及膜組件的規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 陶瓷膜接觸器的規(guī)格參數(shù)

Note: OD/ID is outer diameter/inner diameter.

1.2 膜吸收脫硫裝置及過(guò)程

實(shí)驗(yàn)采用清水作為吸收液，用N2稀釋SO2濃度較高的SO2/N2混合氣來(lái)模擬船舶尾氣，N2和SO2/N2混合氣經(jīng)過(guò)質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)流量和氣體配比后，進(jìn)入靜態(tài)混合器混合均勻。需要向原料氣中添加CO2時(shí)，打開(kāi)CO2/N2混合氣閥門。吸收液通過(guò)蠕動(dòng)泵從儲(chǔ)罐中輸送到陶瓷膜接觸器內(nèi)，吸收液和原料氣分別在管程和殼程流動(dòng)，采用煙氣分析儀（M60, Afriso, Germany）對(duì)進(jìn)出口氣體中SO2和CO2的濃度進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

在膜接觸器中，陶瓷膜將混合氣和吸收液分開(kāi)，SO2在氣液相濃度梯度的推動(dòng)力下，由氣相主體通過(guò)膜管壁上的孔道擴(kuò)散到氣液接觸界面被清水吸收，膜吸收SO2的過(guò)程原理如圖2所示。

1.3 分析儀器及計(jì)算方法

采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM, S4800, Hitach, Japan)表征膜層表面的微觀形貌；采用視頻光學(xué)接觸角測(cè)試儀（DropMeterA-100P，寧波市海曙邁時(shí)檢測(cè)科技有限公司）測(cè)試膜表面水滴接觸角；采用傅里葉變換紅外光譜儀（AVATAR-360，Nicolet，USA）對(duì)陶瓷膜表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析。

由于SO2的濃度較低，可以忽略吸收前后氣體流量的變化。因此，SO2的脫除率，通過(guò)式（1）進(jìn)行計(jì)算

式中，為脫硫率，%；in與out分別為膜組件入口和出口處的SO2的濃度，mg·m-3。

SO2的傳質(zhì)速率定義為單位膜面積上單位時(shí)間透過(guò)的SO2摩爾數(shù)，通過(guò)式（2）進(jìn)行計(jì)算[24]

式中，為SO2的傳質(zhì)速率，mol·m-2·h-1；g為進(jìn)氣流量，m3·h-1；V,in與V,out分別為膜組件進(jìn)、出口處SO2的體積分?jǐn)?shù)，%；g為氣體溫度，實(shí)驗(yàn)在常溫下進(jìn)行，g取298.15 K；為膜面積，m2。

由于吸收液流量較大，液相中SO2濃度很低，通過(guò)式（3）計(jì)算膜接觸器的總傳質(zhì)系數(shù)[25-26]

式中，G為氣體總傳質(zhì)系數(shù)，m·s-1。

膜接觸器的HTU值通過(guò)式（4）進(jìn)行計(jì)算[27]

式中，HTU為傳質(zhì)單元高度，m；為氣液傳質(zhì)比表面積，m2·m-3；為設(shè)備的橫截面積，m2。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 親、疏水陶瓷膜的表征

紅外光譜分析結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯男院蟮哪け砻嬖?919 cm-1和2846 cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰，分別為HTDMS分子的亞甲基反對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰。

改性前后陶瓷膜表面SEM圖如圖4所示?？梢钥闯?，陶瓷膜表面形貌結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化。由于陶瓷膜經(jīng)過(guò)燒結(jié)制備而成，表面羥基數(shù)量有限，且HDTMS分子長(zhǎng)度只有幾納米[23,28]，因此無(wú)法在膜的表面觀察到明顯的改性分子層。疏水改性只改變陶瓷膜的表面性質(zhì)，對(duì)孔道尺度和孔徑分布影響較小。改性前后陶瓷膜表面的水滴接觸角，結(jié)果如圖5所示。改性后，陶瓷膜表面的水滴接觸角為132°，呈現(xiàn)出良好穩(wěn)定的疏水性。未改性的陶瓷膜表面呈親水性，水滴很快滲入膜孔。

對(duì)改性前后的陶瓷膜進(jìn)行純水滲透性能測(cè)試，結(jié)果如圖6所示。改性前，陶瓷膜的純水滲透通量和跨膜壓差呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。疏水改性后，陶瓷膜的純水通量發(fā)生了明顯變化，陶瓷膜在低于0.4 MPa 的測(cè)試條件下，均沒(méi)有水透過(guò)。根據(jù)Laplace-Young方程可知，液體突破壓力與膜孔徑以及液體與膜表面的接觸角有關(guān)，當(dāng)測(cè)試壓力大于0.4 MPa 時(shí)，達(dá)到純水的臨界突破壓力，才開(kāi)始有純水透過(guò)膜孔。

2.2 親、疏水陶瓷膜接觸器傳質(zhì)性能的比較

采用20℃的清水作為吸收液，控制吸收液流量為30 ml·min-1，進(jìn)氣SO2濃度為2860 mg·m-3，在相同的操作條件下，比較親、疏水陶瓷膜接觸器的脫硫效率和傳質(zhì)系數(shù)，結(jié)果如圖7所示?？梢钥闯觯杷男院筇沾赡そ佑|器的脫硫效率和總傳質(zhì)系數(shù)明顯高于未改性的陶瓷膜。這是因?yàn)樵谀そ佑|器操作過(guò)程中，膜孔一旦潤(rùn)濕，就會(huì)造成膜阻力急劇增加，傳質(zhì)系數(shù)下降[29]。未改性的陶瓷膜在操作過(guò)程中，吸收液滲入膜孔，導(dǎo)致膜孔被潤(rùn)濕，其傳質(zhì)阻力明顯高于改性后的疏水膜，因此脫硫效率和傳質(zhì)系數(shù)都相對(duì)較低。

2.3 操作條件對(duì)陶瓷膜接觸器傳質(zhì)性能的影響

2.3.1 進(jìn)氣流量對(duì)SO2脫除率和傳質(zhì)速率的影響

采用20℃的清水作為吸收液，控制吸收液流量為30 ml·min-1，進(jìn)氣SO2濃度為2860 mg·m-3，進(jìn)氣流量對(duì)SO2脫除率和傳質(zhì)速率的影響如圖8所示。可以看出，進(jìn)氣流量從60 ml·min-1增大到420 ml·min-1，SO2脫除率從97.9% 降低至55.7%，而傳質(zhì)速率從0.0182 mol·m-2·h-1增大到0.0726 mol·m-2·h-1。隨著進(jìn)氣流量的增加，膜接觸器中膜外側(cè)氣相邊界層變薄，氣相傳質(zhì)阻力減小，單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)膜孔被吸收的SO2的量增加，從而提高了SO2的傳質(zhì)速率。但同時(shí)，進(jìn)氣流量增加使原料氣在膜接觸器中的停留時(shí)間大大縮短，混合氣中的SO2沒(méi)有充分的時(shí)間擴(kuò)散到膜的內(nèi)側(cè)被吸收，導(dǎo)致膜接觸器出口處的SO2濃度較高，脫硫率降低。因此，SO2脫除率受原料氣在膜接觸器中停留時(shí)間的影響較大。

2.3.2 吸收液流量對(duì)SO2脫除率和傳質(zhì)速率的影響

在進(jìn)氣流量為300 ml·min-1，進(jìn)氣SO2濃度為2860 mg·m-3，20℃的清水作為吸收液的實(shí)驗(yàn)操作條件下，考察吸收液流量變化對(duì)SO2的脫除率和傳質(zhì)速率的影響，結(jié)果如圖9所示。SO2的脫除率和傳質(zhì)速率均隨吸收液流量的增大而增加。這是因?yàn)殡S著吸收液流量的增加，界面吸收液更新速度加快，氣液間SO2的濃度梯度增大，傳質(zhì)推動(dòng)力增大。液相邊界層隨著吸收液流量的增加而減薄，液相傳質(zhì)阻力減小，有利于SO2擴(kuò)散到液相，從而提高了SO2的脫除率和傳質(zhì)速率。此外，當(dāng)吸收液流量大于30 ml·min-1時(shí)，膜接觸器的脫硫效率和傳質(zhì)速率增勢(shì)較為緩慢，吸收液流量的改變對(duì)脫硫效率和傳質(zhì)速率影響并不顯著，在此操作條件下，為了使脫硫效率維持在一個(gè)較高的水平，同時(shí)降低運(yùn)行成本，控制吸收液流量為30 ml·min-1為最佳條件。

2.3.3 進(jìn)氣濃度對(duì)SO2脫除率和傳質(zhì)速率的影響

控制吸收液流量為30 ml·min-1，溫度為20℃，進(jìn)氣流量為300 ml·min-1，考察進(jìn)氣SO2濃度變化對(duì)SO2脫除率和傳質(zhì)速率的影響，結(jié)果如圖10所示?？梢钥闯?，隨著進(jìn)氣SO2濃度從430 mg·m-3增加至3010 mg·m-3，SO2的脫除率逐漸降低，而傳質(zhì)速率則明顯增加。這主要是因?yàn)殡S著原料氣中SO2濃度的增大，氣液相間SO2濃度梯度增大，即傳質(zhì)推動(dòng)力增大，因此 SO2的傳質(zhì)速率呈線性增加的趨勢(shì)。在吸收液流量一定的條件下，傳質(zhì)速率增大，導(dǎo)致吸收液迅速被消耗，SO2脫除率降低。

2.3.4 吸收液溫度對(duì)SO2脫除率和傳質(zhì)速率的影響

控制吸收液流量為30 ml·min-1，進(jìn)氣流量為300 ml·min-1，進(jìn)氣SO2濃度為2860 mg·m-3時(shí)，考察吸收液溫度變化對(duì)SO2脫除率和傳質(zhì)速率的影響，結(jié)果如圖11所示。可以看出，當(dāng)吸收液溫度從10℃增到50℃，SO2的脫除率和傳質(zhì)速率都逐漸降低。采用清水作為吸收液，SO2的吸收為物理吸收過(guò)程，傳質(zhì)推動(dòng)力等于氣相中SO2的分壓與液膜內(nèi)SO2的平衡分壓之差。吸收液溫度升高，SO2溶于水的亨利系數(shù)增大，液膜上方SO2平衡分壓增大，導(dǎo)致傳質(zhì)推動(dòng)力減小，傳質(zhì)速率減小。隨著吸收液溫度的升高，SO2在水中的溶解度逐漸降低，SO2脫除率降低。

2.3.5 CO2對(duì)膜接觸器脫硫率的影響 鑒于實(shí)際船舶尾氣中約含有5%的CO2，其濃度是SO2的70～100倍，CO2也屬于酸性氣體，因此有必要研究膜吸收脫硫過(guò)程CO2對(duì)系統(tǒng)脫硫效率的影響。為此，分別采用SO2-N2混合氣和CO2濃度為5% 的CO2-SO2-N2混合氣作為原料氣來(lái)考察CO2對(duì)膜接觸器脫硫效率影響?？刂莆找毫髁繛?0 ml·min-1，溫度為20℃，進(jìn)氣SO2濃度為2860 mg·m-3，結(jié)果如圖12所示?？梢钥闯?，原料氣中的CO2對(duì)膜接觸器的脫硫效率的影響并不是很大。這是因?yàn)椴捎们逅鳛槲談?，CO2在水中的溶解度小于SO2在水中的溶解度，CO2沒(méi)有與SO2的吸收形成明顯的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。在膜接觸器脫除SO2的同時(shí)對(duì)CO2的脫除率為2%～4%。

2.4 陶瓷膜接觸器長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試

采用20℃的清水作為吸收液，控制氣體流量為60 ml·min-1，吸收液流量為30 ml·min-1，進(jìn)氣SO2濃度為2860 mg·m-3，對(duì)陶瓷膜接觸器進(jìn)行了14 d的穩(wěn)定性考察，結(jié)果如圖13所示。可以看出，陶瓷膜接觸器在連續(xù)運(yùn)行中的傳質(zhì)性能非常穩(wěn)定，出口處SO2的濃度變化較小。SO2的脫除率保持在98% 左右，對(duì)應(yīng)SO2的傳質(zhì)速率為0.01825 mol·m-2·h-1。對(duì)文獻(xiàn)中聚丙烯中空纖維膜接觸器采用去離子水脫除SO2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[30]進(jìn)行計(jì)算，在相似操作條件下的傳質(zhì)速率約為5.06×10-3mol·m-2·h-1。相比之下，陶瓷膜接觸器的傳質(zhì)速率具有明顯的優(yōu)勢(shì)，此結(jié)果可由兩類膜材料的氣體滲透率的差異進(jìn)行解釋，這是由膜材料的孔隙率、孔徑以及孔道曲折因子等因素所決定的。本文僅對(duì)兩類膜材料進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比，不作深入研究。

2.5 陶瓷膜接觸器傳質(zhì)單元高度的計(jì)算

傳質(zhì)單元高度HTU值是衡量塔式分離設(shè)備傳質(zhì)效率的參數(shù)，傳質(zhì)單元高度越小，設(shè)備的傳質(zhì)性能越高。傳統(tǒng)填料的傳質(zhì)單元高度值在0.2～1.2 m的范圍內(nèi)，通常在0.5 m左右[31]。在吸收液溫度為20℃，流量為30 ml·min-1的條件下，考察陶瓷膜接觸器的HTU值隨進(jìn)氣流量的變化，結(jié)果如圖14所示。陶瓷膜接觸器的HTU值為0.076～0.393 m，小于傳統(tǒng)填料的通常值，表明陶瓷膜接觸器具有更高的分離效率。隨著進(jìn)氣流量g的增大，總傳質(zhì)系數(shù)G雖然也增大，但G相對(duì)于g，增大較為緩慢，因此，根據(jù)式（4），陶瓷膜接觸器的HTU值隨進(jìn)氣流量的增大而增大。此外，HTU值與比表面積呈反比，隨著膜接觸器尺寸的放大，陶瓷膜數(shù)量的增加，膜接觸器的傳質(zhì)比表面積可達(dá)到1500～3000 m2·m-3[32]，而傳統(tǒng)分離設(shè)備只有100～800 m2·m-3。因此，膜接觸器具有更高的傳質(zhì)效率。

3 結(jié) 論

本文基于疏水性單管陶瓷膜接觸器，采用清水作為吸收液，開(kāi)展了膜吸收SO2的實(shí)驗(yàn)研究，考察并優(yōu)化了膜吸收操作的基本工藝條件。疏水改性后的陶瓷膜可有效防止膜孔潤(rùn)濕，其脫硫效率和總傳質(zhì)系數(shù)明顯高于未改性的陶瓷膜，在膜吸收的操作過(guò)程中呈現(xiàn)出更好的傳質(zhì)性能。采用疏水性陶瓷膜接觸器，SO2脫除率可以達(dá)到98%，在連續(xù)14 d運(yùn)行中，陶瓷膜接觸器保持穩(wěn)定的脫硫效率和傳質(zhì)速率。疏水性單管陶瓷膜接觸器的傳質(zhì)單元高度為0.076～0.393 m，與傳統(tǒng)填料塔相比，具有更高的分離效率。陶瓷膜接觸器操作靈活，穩(wěn)定性良好，易于集成放大，具備良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。

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Absorption of SO2by single hydrophobic ceramic tubule-based membrane contactor

HAN Shixian, GAO Xingyin, FU Kaiyun, QIU Minghui, FAN Yiqun

(State Key Laboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering, College of Chemical Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 210009, Jiangsu, China)

The emission of SOfrom marine vessels has caused serious environmental problem. Membrane contactor that offers several advantages over conventional tower device such as a compact size, operational flexibility, independent gas and liquid flow, easy scale-up, and modularity is an alternative technology in the application of marine exhaust gas desulfurization. In this work, a single ceramic tubule-based membrane contactor was fabricated from ZrO2ceramic membrane with average pore size of 200 nm. A series of experiments of SO2absorption were carried out using water as low-cost absorbent. The mass transfer performance of the unmodified and modified membrane was compared and the effects of gas flow rate, absorbent flow rate, feed gas concentration, temperature of absorbent on SO2removal efficiency and mass transfer rate were investigated. The long-term stability of ceramic membrane contactor was tested as well. It was found that the overall structures and the surface porosity of ceramic membrane hardly changed by surface modification with hexadecyltrimethoxysilane (HDTMS). The hydrophobic ceramic membrane with contact angle of 132° had higher desulfurization efficiency and overall mass transfer coefficient than those of the unmodified membrane under the same operating conditions. The desulfurization efficiency and mass transfer rate increased as the liquid flow rate increased. The desulfurization efficiency decreased as the gas flow rate and feed gas concentration increased while the mass transfer rate increased. Absorbent with low temperature was more favorable for the absorption of SO2. CO2in the feed gas had little effect on the SO2removal efficiency. The ceramic membrane contactor had lower height of transfer unit（HTU）value than conventional packed tower and showed great potential in the application of exhaust gas desulfurization.

membrane contactor; ceramic membrane; desulfurization; hydrophobicity modification

10.11949/j.issn.0438-1157.20170012

TQ O28.8

A

0438—1157（2017）06—2415—08

范益群。

韓士賢（1991—），男，碩士研究生。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFC0205700）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（91534108，21506093）；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2012AA03A606）。

2017-01-05收到初稿，2017-02-27收到修改稿。

2017-01-05.

Prof.FAN Yiqun, yiqunfan@njtech.edu.cn

supported by the National Key R&D Program of China (2016YFC0205700), the National Natural Science Foundation of China (91534108, 21506093) and the National High Technology Research and Development Program of China (2012AA03A606).