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[科技日报]拦截粉尘、废气中“淘金” 这张膜的秘诀是量体裁衣

时间:2021-02-03 来源:至尊品牌信誉9297co 作者: 摄影: 编辑: 上传:
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本报记者 金 凤 通讯员 朱 琳

烟尘是工业排放的最主要污染气体之一,它不仅威胁人体健康,还严重破坏环境。严格控制超细粉尘排放,实现资源的高效洁净利用,是化工、能源、钢铁、冶金、建材等行业面临的共性问题。

目前常用气体除尘方法包括布袋过滤、旋风分离、静电除尘、湿法捕集等,对大粒径的粉尘有较好的脱除效果,但对亚微米级的超细粉尘的分离效率低,排放浓度经常超过国家标准。

从2007年开始,至尊品牌信誉9297co化工学院仲兆祥教授团队先后联合江苏久朗高科技股份有限公司、南京膜材料产业技术研究院有限公司、江苏加怡热电有限公司等单位攻关“气体净化膜材料设计与制备的关键技术及应用”。近日,这项技术荣获2020年度江苏省科学技术一等奖。“该技术破解了当下膜技术在气体净化应用中透气性差、抗污染性差的问题,实现了分离膜材料在气体净化过程中的大规模应用。”仲兆祥说。

疏水疏油,精准拦截粉尘

“膜技术是一种新型高效的分离技术,可以利用膜孔隙的穿透性,分离各种对象。在液体分离领域,如水处理中,膜技术已有广泛的应用,但在气体净化领域尚处于起步阶段。”仲兆祥告诉科技日报记者,制约膜技术在气体净化领域应用的主要原因有两个,其中之一便是工业烟气单位时间排放体积大,每小时可达数百万立方米,过滤推动力小,而现有的液体分离膜透气速率低,不适用于气体净化过程。

如何让过滤膜“畅快呼吸”,及时拦截颗粒、净化气体?“想达到比较好的过滤效率,需要让膜和粉尘相互匹配。以前,行业内制备的膜,过滤孔洞不均匀,膜和粉尘的粒径也不匹配。经过10年的研究,我们对过滤的粉尘量体裁衣,能根据粉尘的尺寸,来设计调节膜的厚度、孔径以及孔隙率,让膜材料适应粉尘颗粒尺寸,提高粉尘的拦截率。这需要建立膜材料宏观制备参数与膜微结构之间的关系。”仲兆祥说。

工业烟气来源广、成分复杂,油性气溶胶与超细粒子等容易堆积在膜材料表面,导致过滤压差迅速上升,难以满足工业过程对运行稳定性的要求,是制约膜技术在气体净化领域应用的又一难题。

“以往,大部分过滤材料都是亲水亲油的,少部分可以做到疏水,但还是亲油,所以一些油性颗粒会吸附在膜表面。”仲兆祥说,他和团队成员发明了膜材料表面疏水疏油改性技术,攻克了膜材料易被油性气溶胶污染的难题,开发出国内外首创的双疏膜材料。

“双疏膜的这种效果类似‘荷叶效应’。”仲兆祥打了个比方,水滴到荷叶上会形成水珠,过滤的油滴滴落到疏油特性的膜表面后,在膜表面会形成小油滴,随着时间的延长,油滴不断变大,当油滴自身的重力大于其与膜表面之间的黏附力,油滴在重力的作用下会从膜表面滑落。

“较低的黏附力利于双疏膜的自清洁,延长了其重复使用性能,稳定运行寿命较国外商品膜提高了2倍以上。”仲兆祥说。

降低粉尘浓度,节能降耗

燃煤锅炉、生物质锅炉、废弃物焚烧炉等均会产生含尘烟气,随着国家对烟气排放标准的提高,迫切需要实现工业尾气的高效治理。

对此,仲兆祥和团队尝试气体净化膜的可控制备和工业化应用,并发明系列气体净化膜应用新工艺。

“不同的粉尘,密度不同,有的灰比较重,容易沉降;有的灰比较轻,就容易悬浮,例如生物质燃烧后的烟尘。我们根据不同的使用场景,在烟气处理装置中设计膜材料的空间分布。又例如化工废液焚烧生成的灰,湿度大,烟尘处理过程如果突然降温,就会发生结露,混杂在烟气里的颗粒会黏附在膜表面,所以我们设计了在线清洗系统,及时清除膜表面的烟尘。”仲兆祥说,研究团队设计了在线和离线反吹系统,开发了系列膜法烟气治理工艺装备并实现了应用。

仲兆祥介绍,浙江某大型石化公司的燃煤锅炉,原来采用布袋除尘,排放浓度超过国家最新标准20毫克/立方米(mg/m3)。

“后来,该公司采用研究团队的膜技术对布袋除尘器进行改造,建成排放量220万立方米/时(m3/h)膜装置,净化后粉尘浓度3.52mg/m3,膜装置较原布袋能耗降低1/3以上,每年节约风机电费等250万以上,同时除尘器压差下降,促进锅炉负荷提升了8%,富产蒸汽使产能提升了2万吨/年,年新增产值超过2亿元。”仲兆祥说。

从废气中淘出“真金白银”

化工过程的催化剂、钛白粉、染料等高附加值粉体,如果随烟尘排出,那排放的不仅有烟尘,还有真金白银。仲兆祥在市场调研时发现,山东有一家黄金冶炼厂,排除的烟尘中黄金含量约占4%,白银占10%。

“为了帮助企业回收烟尘中的高附加值的原材料,我们在膜表面设计了亚微米级的孔洞,而且纳米纤维的表面积较大,它们可以形成一张网状的结构,高效捕捉催化剂。”仲兆祥说,利用他们的膜技术,湖南的这家公司形成新的催化剂回收工艺后,催化剂回收率高于99.99%,每年可多回收贵重催化剂产品20吨左右,减少了大量的废水和废气排放,经济效益与环境效益显著。

据统计,目前,气体净化膜技术在中石化、恒逸石化、江苏华昌化工等60多家企业推广应用,近两年累计新增产值25.96亿元,新增利润4.57亿元,累计处理废气超过1800亿标立方米、减排超细粉尘2700余吨。

2021年2月3日科技日报第5版   http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2021-02/03/content_462373.htm?div=-1