膜吸收過程的傳質(zhì)通道是由膜材料中的微孔提供,若膜材料性質(zhì)不穩(wěn)定或操作不規(guī)范導(dǎo)致微孔中進水,將完全喪失傳質(zhì)性能。因此,膜吸收過程的穩(wěn)定性完全依賴于膜材料穩(wěn)定性和操作穩(wěn)定性,合理地選擇膜材料至關(guān)重要。常用的膜材料是疏水性微孔高分子膜,包括聚四氟乙烯 (PTFE)、聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)等。在這些疏水性材料中,PE、PP和PVDF是比較通用的高分子材料,價格低廉、化學和熱穩(wěn)定性良好。
然而,在學者們的研究過程中和工業(yè)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),PVDF、PP和PE材料在與吸收劑長期接觸后,膜材料一般會發(fā)生降解、膜結(jié)構(gòu)也有可能改變[1],到處傳質(zhì)性能急劇下降。有關(guān)膜材料和吸收劑之間的兼容性問題的研究也有所報道分析。例如,胺的水溶液(如MEA乙醇胺)是工業(yè)上常用的吸收液,但是作為常用的膜材料,PE、PP或者PVDF,與醇胺溶液長期接觸時發(fā)現(xiàn),材料發(fā)生了不可逆的降解[2]。胺溶液與膜材料之間的化學反應(yīng)會導(dǎo)致膜材料性質(zhì)發(fā)生改變,比如:膜的孔結(jié)構(gòu)、界面性質(zhì)(使膜趨向于更容易潤濕)、氣體滲透性或者氣液傳質(zhì)效率等,導(dǎo)致傳質(zhì)性能喪失。
由于PP和PVDF材料易制備成孔隙率和孔徑均合適的中空纖維膜,因此這些材料在膜吸收的科學研究中仍比較常用。但考慮將這些膜材料應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模,仍存在巨大的挑戰(zhàn)。
工業(yè)應(yīng)用比較可行的方法是使用全氟化聚合物,比如“塑料王”聚四氟乙烯(PTFE),PTFE膜材料化學性質(zhì)極其穩(wěn)定、機械強度高、疏水性強。但PTFE膜材料不能采用傳統(tǒng)的相轉(zhuǎn)化法制備多孔膜,而且PTFE中空纖維膜的孔徑和孔隙率較難調(diào)控,因此目前國內(nèi)只有少數(shù)人能制備出性能穩(wěn)定且孔徑均勻的PTFE中空纖維膜(如大連化物所)。
【1】R. Wang, D.F. Li, C. Zhou, M. Liu, D.T. Liang, Impact of DEA solutions with and without CO2 loading on porous polypropylene membranes intended for use as contactors, Journal of Membrane Science[J], 229 (2004) 147-157.
【2】D. Demontigny, P. Tontiwachwuthikul, A. Chakma, Using polypropylene and polytetrafluoroethylene membranes in a membrane contactor for CO2 absorption, Journal of Membrane Science[J], 277 (2006) 99-107.