前言
（元琛科技）近年來，隨著全球變暖的加劇，CO2作為主要溫室氣體其排放控制引起世界各國的廣泛關注。為了緩解CO2排放帶來的全球氣候變化問題，今年正式提出“碳達峰”、“碳中和”，實現“碳減排”。人為因素導致大氣中CO2濃度顯著增加，其中燃煤電廠CO2排放量約占全球的1/3。因此，有必要采取措施對燃煤電廠尾部煙氣中大量的CO2進行脫除處理。

目前工業上從煙氣中脫除CO2的方法主要包括溶劑吸收法、膜分離法、變壓吸附法和低溫蒸餾法等傳統技術。

基本原理
膜吸收法是將膜分離和普通吸收結合起來的一種新型分離過程，多采用微孔膜。該過程中氣液兩相在固定的氣液相界面上發生接觸與傳質，且分別在兩側流動。膜本身對氣體沒有選擇性，只起到隔絕吸收劑和氣體的作用，CO2是在濃度梯度作用下經膜擴散到液相側。理論上膜孔可以允許膜一側被分離的氣體分子不需要很高的壓力就可以穿透到膜另一側，主要依靠吸收劑的選擇性吸收而達到分離混合氣體的目的。其基本原理如下圖所示(以疏水性多孔膜為例)。該技術實現氣體分離的推動力是相問濃度差，其傳質過程以菲克定律為基礎，可分為以下3步：①首先溶質從混合氣傳遞到膜孔表面；②溶質再由膜孔擴散到氣液兩相界面；③溶質最終與吸收劑反應，吸收至液相主體。

不同種類膜對二氧化碳吸收技術

（1）金屬有機框架材料（MOF）與有機硅烷復合，成功設計與制備出了一系列具有高通量及高選擇性的復合氣體分離膜。

（2）選用微孔聚合物（PIM-1）與金屬有機骨架材料（MOF）納米顆粒以混合基質膜（MMMs）的方式開發了一種新型二氧化碳分離膜材料，兼具高透過性和高選擇性。

（3）靜電紡絲、造孔、水解反應和接枝技術相結合，成功制備了柔性且具有一定強度的聚乙烯亞胺接枝聚丙烯腈納米多孔纖維膜（HPPAN-PEI）。

影響因素分析

（1）傳質過程中影響影響分析
CO2比例：根據傳質雙膜理論，CO2比例越高，氣相邊界層越厚，大量的CO2在膜孔中擴散受阻，進而減小了總傳質系數；而且部分CO2還未與吸收劑完全反應便離開膜接觸器，CO2脫除率也就隨之降低。但是隨著CO2體積分數的上升，CO2的相間濃度差增大，從而提高了CO2擴散傳質速率。

（2）工藝因素
A、膜結構
在中空纖維膜根數與直徑一定的條件下，纖維膜長度的增加使膜表面積增大，進而增加了CO2在液相中的停留時間，有利于充分吸收反應。但膜柱過長將導致吸收液趨于飽和，使氣液傳質推動力減小、傳質效率下降。

B、膜材料
膜材質主要為有機聚合物膜、無機膜、有機無機復合膜3種。其中被廣泛采用的膜材料為聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚砜(PS)、聚醚砜 (PES)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等。目前采用的各種膜材料均為疏水性膜材料，這樣吸收過程中氣相充滿中空纖維膜孔，比親水性膜材料擁有更大的接觸面積。中空纖維膜組件采用的膜材料不盡相同，其中聚丙烯膜由于材質價格便宜，在工業上得到大規模應用。而聚四氟乙烯膜則展現了良好的力學性能和自潤滑性質，耐高低溫，抗化學腐蝕，優于其他膜材料。

C、吸收劑
膜吸收中采用的吸收劑由水、強堿溶液、無機鹽溶液類發展到傳統的醇胺溶液，再到含有添加劑或者幾種溶液的混合吸收劑。下圖是各吸收劑的優缺點。