复合膜净化工业废气高效又节能

　　甲醇是生产新能源汽车锂电池电解液碳酸二甲酯的主要的组成原材料，但甲醇跟其他物质反应后，会形成碳酸二甲酯和甲醇共沸混合物。从共沸混合物中提取碳酸二甲酯，一般会用变压精馏工艺。

　　最近，南京工业大学化工学院教授金万勤团队开发出一种新型有机—无机复合膜材料，采用新型膜分离工艺，提出一种有机共沸混合物分离的新策略。

　　“与变压精馏工艺相比，这种新工艺分离1吨碳酸二甲酯的蒸汽消耗将从8吨降至4吨。”金万勤说。

　　这一新工艺正是基于金万勤团队主持完成的“气体净化膜材料的创制及应用”项目研发的最新技术。经过多年积累，项目成果在中石化、中盐集团等企业的200余项工程中应用，取得了一定的经济效益与社会效益。

　　金万勤介绍，石化、制药领域的工业废气成分复杂，其中含氯有机挥发物、超细分以及含油气体治理难度极大。传统气体净化技术如旋风、静电和布袋除尘等，往往存在处理效率低、运行不稳定、资源回收利用率不高等问题。

　　“相较于传统气体净化技术，膜技术具有效率高、能耗低等特点。应用膜技术对工业废气做处理，有望实现废气达标排放和资源回用。”金万勤说。

　　膜技术用于气体净化优点显著，但目前不少气体净化膜材料存在分离性能低、规模制备难度大、运行不稳定等问题，很难应对工业烟气单位时间排放体积大、过滤推动力小等复杂工况。

　　对此，团队聚焦工业化废气净化与回收面临的共性问题，针对气体净化膜技术的瓶颈问题，开展了系统深入的研究。

　　金万勤介绍，现有的膜材料通常是有机—有机复合膜，这种膜在有机溶剂等苛刻环境中极易发生溶胀。这会导致膜孔道结构被破坏失去分离选择性，使性能不稳定。

　　于是，团队另辟蹊径，提出了“有机—无机复合膜”。在反复试验中，团队通过构建聚合物分离层和陶瓷支撑层，制备出低成本、高稳定性的聚合物—陶瓷复合膜。

　　为何要让两种材料复合叠加？金万勤介绍，这样做能更好地发挥两种材料的优势。他们通过将刚性无机支撑体与有机膜层复合，构筑了受限溶胀界面的新结构，成功突破膜通量和选择性相互制约的限制，解决了有机膜层在有机溶剂中因溶胀带来的不稳定性。

　　“这种膜的研制难点就在于怎么样才能解决无机层与有机层间的界面结合问题，其中涉及怎么来控制膜层厚度、支撑体的粗糙度、高分子溶液的黏度、孔渗控制，以及在放大制备过程如何保证膜层完整性。这些都需要团队一次次反复试验优化。”金万勤说。

　　金万勤带领团队围绕现有膜材料难以满足复杂化工烟气超低排放与回收利用需求的难题进行了一系列攻关。他们克服了现有膜材料有机溶剂不耐受的难题，打破了传统膜渗透性和选择性难以兼具的瓶颈，实现了两者的同步提升；开发出国际首创有机—无机复合膜和双疏膜产品，明显提高膜的抗污染性能和长期服役性能；提出了国际首创的防静电导流网技术，创制了本质安全型膜组件，从根本上解决了装备防静电防爆问题，保障了百余项工程的安全运行。

　　在实验室里实现的理论突破能否转化为产品，是团队面临的又一个挑战。在南京工业大学材料化学工程实验室，金万勤展示了一种膜层厚度不超过5微米的气体净化膜。他对记者感慨道，他带领团队攻克了气体净化膜技术的一系列规模化制备难题，又用了10年时间，让气体净化膜材料从实验室走向中试。

　　针对工业烟气中油性气溶胶易吸附在滤材表明产生污染层、影响膜结构和透气性能的难题，团队又提出了表面疏水疏油改性的热辅助原位功能化方法，实现了对膜界面结合性与表面浸润性的有序调控，创制了双疏型气体净化膜材料，明显提高了膜的抗污染性能和长期服役性能。

　　“较之国际先进的技术，气体净化膜产品透气速率提高30%以上，机械性能提高198%，对0.3微米超细粉尘去除率远超国际标准，达到99.99%以上。”谈及双疏膜，项目第二完成人、南京工业大学教授仲兆祥介绍，烟气中油性气溶胶等污染物在双疏膜表面吸附作用力小，污染层在重力和反吹等外力的作用下极易脱离膜表面，从而具有自清洁效果。这为解决膜材料在高黏高湿体系中的应用提供了新的解决途径，膜稳定运行寿命也延长了3倍以上。

　　金万勤介绍，目前气体净化膜技术在200余项工程中应用，遍及25个省（区、市），率先实现了膜技术在含氯气体、含油烟尘处理等领域的规模化应用，累计处理工业气体超过3000亿立方米，新增高附加值粉体和有机溶剂回收价值超10亿元，产生了广泛的经济效益与社会效益。

　　“一张膜没有办法解决所有气体净化问题。利用膜技术更高效地进行气体净化是我们科研工作的更高目标。”金万勤说，下一步，团队将继续在提高气体净化膜材料分离性能及应用性上下苦功。“我们将在有机—无机复合膜的基础上，进一步创新研发一种新型混合基质膜，希望未来一到两年里实现规模化制备。”他说。

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　　最近，南京工业大学化工学院教授金万勤团队开发出一种新型有机—无机复合膜材料，采用新型膜分离工艺，提出一种有机共沸混合物分离的新策略。