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CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第5期·1880·化 工 进展膜法分离燃煤电厂烟气中CO 2的研究现状及进展孙亚伟，谢美连，刘庆岭，马德刚，纪娜，宋春风（天津大学环境科学与工程学院，天津 300072）摘要：目前，对于燃煤电厂燃烧后烟气中CO 2的捕集方法主要包括化学吸收法、吸附法、膜分离法和低温蒸馏法。
化学吸收法是目前最成熟的CO 2捕集方法，但是吸收剂再生能耗较高，且存在二次污染、设备腐蚀等问题。
因此开发新型高效、低能耗的捕集技术尤为重要。
本文主要从两个方面（膜材料的设计、膜分离过程系统设计的优化）对燃煤电厂烟气中CO 2膜分离技术进行综述，并总结了实际燃煤锅炉烟气中共存气态组分和细颗粒物对膜分离CO 2的影响，最后对膜法分离燃煤电厂烟气中CO 2的发展趋势进行展望。
分析表明，近年来膜材料开发、膜分离过程系统的设计及优化等方面的研究发展迅速，使得膜分离法在CO 2捕集效率及能耗等方面展现出巨大的潜力，因此膜分离法在燃煤电厂烟气中CO 2捕集领域有广阔的应用前景。
关键词：燃煤电厂；烟气；CO 2捕集；膜材料；系统设计中图分类号：X701.7 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）05–1880–10 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.041Membrane-based carbon dioxide separation from flue gases of coal-fired power plant—current status and developmentsSUN Yawei ，XIE Meilian ，LIU Qingling ，MA Degang ，JI Na ，SONG Chunfeng（School of Environmental Science and Technology ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China ）Abstract ：At present ，the method of capturing CO 2 in flue gas after combustion of coal fired power plant mainly includes chemical absorption ，adsorption ，membrane separation ，low-temperature distillation. Chemical absorption is the most mature method ，but the energy consumption of absorbent regeneration is higher ，and there are some problems such as secondary pollution ，equipment corrosion and so on. So it is very important to develop new technology with high efficiency and low energy consumption. This paper mainly reviewed the application of membrane separation technology incoal-fired power plant CO 2 capture. The development in the membrane material design ，optimization of membrane separation processes ，and the influence of coexisting gaseous components and particles on the membrane separation CO 2 in the flue gas of the coal fired boiler was summarized. At last ，future trends of membrane technology has been put forward. Analysis showed that recent advances in the development of membrane materials and the optimization of membrane separation process have been rapidly developed. Therefore ，membrane separation has shown a significant potential in high CO 2 capture efficiency and low energy consumption. So the membrane separation has broad application prospects in the field of CO 2 capture in the flue gas of coal-fired power plants.Key words ：coal-fired power plant ；flue gases ；CO 2 capture ；membrane material ；system design第一作者：孙亚伟（1992—），女， 硕士研究生，研究方向为膜-低温复合CO 2捕集技术。
核废水处理中的化学处理剂与技术研究综述随着核能的广泛应用和核电站的建设，核废水的处理成为一个迫在眉睫的问题。
核废水中含有大量的放射性物质和有毒物质，对环境和人类健康造成潜在威胁。
因此，研究和开发高效的化学处理剂和技术对于核废水的处理至关重要。
本文将对核废水处理中的化学处理剂与技术进行综述。
一、核废水处理中的主要污染物核废水中的主要污染物包括放射性核素、重金属离子和有机物。
放射性核素是核废水中最重要的污染物之一，包括放射性同位素如铯、锶、碘等。
重金属离子如铊、镉、铅等也是核废水中常见的污染物。
此外，核废水中还存在有机物，如放射性废物和有机溶剂等。
二、核废水处理中的化学处理剂1. 吸附剂吸附剂是核废水处理中常用的一种化学处理剂。
它可以通过物理吸附或化学吸附的方式将污染物从废水中去除。
常用的吸附剂包括活性炭、离子交换树脂和氧化铁等。
这些吸附剂具有较大的比表面积和吸附能力，可以高效地去除核废水中的放射性核素和重金属离子。
2. 沉淀剂沉淀剂是核废水处理中常用的一种化学处理剂。
它可以通过与污染物发生化学反应生成沉淀物，从而将污染物从废水中去除。
常用的沉淀剂包括氢氧化钙、氢氧化铁和硫化物等。
这些沉淀剂可以与放射性核素和重金属离子形成不溶性沉淀物，从而实现其去除。
3. 氧化剂氧化剂是核废水处理中常用的一种化学处理剂。
它可以通过氧化反应将污染物转化为无害的物质。
常用的氧化剂包括过氧化氢、高锰酸钾和臭氧等。
这些氧化剂可以将有机物氧化为二氧化碳和水，从而实现其去除。
三、核废水处理中的技术1. 离子交换技术离子交换技术是核废水处理中常用的一种技术。
它通过将污染物与离子交换树脂相互作用，从而实现污染物的去除。
离子交换技术可以高效地去除核废水中的放射性核素和重金属离子。
2. 膜分离技术膜分离技术是核废水处理中常用的一种技术。
它通过半透膜将污染物与水分离，从而实现污染物的去除。
膜分离技术可以高效地去除核废水中的放射性核素、重金属离子和有机物。
微孔滤膜过滤技术摘要：微孔滤膜过滤技术作为一门新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术, 近30 年来发展迅速, 已经在石油化工、轻工纺织、食品、医药、环保等多个领域得到广泛应用[1] 。
膜分离技术具有操作简单、占地面积小, 处理过程中无相变及不会产生新的污染物质、分离效果好等优点, 近年来在水处理领域中得到广泛应用。
本文就膜过滤的研究进展，膜材料以及它的应用作简要综述。
关键词：微孔滤膜; 过滤技术; 除菌；应用正文：20 世纪80 年代以来,生命科学和生物工程技术的发展日新月异,生物产品(如酶、抗体、抗原、受体) 的种类越来越多. 这些制品通常是从发酵液中或天然产品中提取,再经纯化而得到的产品. 由于目标产物产量小,通常又与底物、细胞等混杂在一起,浓度很低,且生物产品与传统的化工产品不一样,它们一般都具有生物活性,对分离操作条件要求比较苛刻. 传统的化工分离方法如精馏、沉降、结晶等都难以达到要求.膜分离是20 世纪60 年代以来发展较快的一项分离技术,它具有操作条件温和、无污染、无相变等特点,在许多方面都得到了应用,象微滤、超滤已应用于生物化工和医药行业中. 膜分离是根据分子大小不同来实现分离的,一般相对分子质量相差10倍以上的物系才具有分离作用,因此它还远远不能满足生化分离的需要. 而生物亲和作用是生物分子之间的可逆专一性识别作用,具有极高的选性.[2]20 世纪70 年代以来,利用生物亲和相互作用,分离蛋白质等生物大分子的亲和纯化技术迅速发展. 其中亲和层析技术已得到广泛应用,但是亲和层析法亦存在许多难以克服的缺点: 1) 亲和载体价格昂贵,使用寿命短;2) 色谱柱易堵塞和污染,需对原料进行预处理以除去颗粒性杂质;3) 难以实现连续操作和规模放大. 目前亲和层析法仅局限于价值极高的生物活性物质的小批量纯化. 为克服膜过滤和亲和层析的缺点,发展了亲和2膜过滤技术,不仅利用了生物分子的识别性能,分离低浓度的生物制品,而且微孔滤膜的渗透性及通量大,能在纯化的同时实现浓缩,此外还有操作方便、设备简单、便于大规模生产的特点,发展前景引人瞩目。
乳制品废水处理工艺综述乳制品废水是指在乳制品加工过程中产生的含有乳糖、乳蛋白质、脂肪、有机酸、盐类以及洗涤剂等物质的废水。
乳制品生产是一种重要的食品加工行业，但却会产生大量的废水，其中含有高浓度的有机物和微生物，对环境造成严重的污染。
乳制品废水的处理对于保护环境，维护公共卫生和可持续发展具有重要意义。
针对乳制品废水处理，现有各种工艺技术已经被开发出来。
下面将对乳制品废水处理工艺的综述进行介绍。
1. 生物处理工艺：生物处理是一种常见且有效的乳制品废水处理方法。
其中，厌氧处理和好氧处理是常用的两种生物处理工艺。
厌氧处理以及其组合工艺通常用于去除高浓度废水中的有机物，如乳糖、乳蛋白质和脂肪。
好氧处理主要用于降解废水中的有机物和氨氮。
2. 物理-化学处理工艺：物理-化学处理是乳制品废水处理的重要方法之一。
常见的物理-化学处理工艺包括：絮凝、沉淀、过滤、吸附等。
絮凝是通过添加絮凝剂使废水中的悬浮颗粒聚集形成较大的絮体，从而方便沉淀和过滤。
沉淀是通过重力或加入助凝剂使废水中的固体颗粒沉降，进一步去除悬浮颗粒。
过滤通过过滤介质，如沙、石英砂、活性炭等，去除废水中的悬浮颗粒和微生物。
吸附利用吸附剂将废水中特定污染物吸附到其表面，以实现脱除有机物和色度等目的。
3. 膜分离工艺：膜分离工艺是一种高效的乳制品废水处理方法。
通过选择合适的膜技术，如超滤、反渗透和微滤等，可以过滤掉废水中的悬浮颗粒、色度、有机物和微生物等。
这些膜技术具有高效、节能、节水等特点，并且可以实现对水质的精确控制。
4. 物化处理工艺：物化处理工艺指的是利用化学药剂和物理过程来处理乳制品废水。
常见的物化处理工艺包括：中性化、氧化、还原、沉降和过滤等。
中性化可以调节废水的酸碱度，以提供合适的条件进行后续处理。
氧化和还原可以分别用来氧化降解有机物和还原去除废水中的氧化剂。
沉降和过滤则分别用来去除废水中的固体颗粒和微生物。
5. 高级氧化工艺：高级氧化工艺是指利用强氧化剂，如臭氧、过氧化氢、高强度紫外线等，对乳制品废水中的有机物进行高效降解。
膜分离技术综述摘要：阐述了膜分离技术的特点，并介绍了各种膜分离技术的分离原理以及较全面的综述了它们在的研究现状，及相关领域的应用。
关键词：膜分离技术原理研究现状相关应用正文：膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术，是多学科交叉的产物，亦是化学工程学科发展新的增长点。
它与传统的分离方法比较，具有如下明显的优点：1.高效：由于膜具有选择性，它能有选择性地透过某些物质，而阻挡另一些物质的透过。
选择合适的膜，可以有效地进行物质的分离，提纯和浓缩；2.节能：多数膜分离过程在常温下操作，被分离物质不发生相变, 是一种低能耗，低成本的单元操作；3.过程简单、容易操作和控制；4.不污染环境。
由于这些优点、使膜分离技术在短短的时间迅速发展起来，已广泛有效地应用于石油化工、生化制药、医疗卫生、冶金、电子、能源、轻工、纺织、食品、环保、航天、海运、人民生活等领域，形成了独立的新兴技术产业。
目前，世界膜市场以每年递增14～30％速度发展，它不仅自身形成了每年约百亿美元的产值，而且有力地促进了社会、经济及科技的发展。
特别是，它的应用与节能、环境保护以及水资源的再生有密切的关系，因此在当今世界上能源短缺、水荒和环境污染日益严重的情况下，膜分离技术得到世界各国的普遍重视，欧、美、日等发达国家投巨资立专项进行开发研究，已取得在此领域的领先地位。
我国在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”以及863、973计划中均列为重点项目，给予支持。
关于发展膜分离技术的重要性，美国官方的文件说，“18世纪电器改变了整个工业过程，而20世纪膜技术改变了整个面貌”。
1987年日本东京召开的国际膜与膜过程会议上，曾将“21世纪的多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题进行深入讨论，与会的专家一致认为，膜技术将是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。
世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士、北美膜学会主席黎念之博士(我校化工系兼职教授)在1994年应邀访问我国时说“要想发展化工就必须发展膜技术”。
国际学术界一致认为“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。
可见，发展膜分离技术对于学科建设和经济发展均具有重要而深远的意义。
一.膜分离技术简介1.分离膜的种类：膜是膜技术的核心，膜材料的性质和化学结构对膜分离性能起着决定性的影响。
膜的种类很多，其中按材料分有高分子膜、金属膜、无机膜。
高分子膜用途最广，其所使用的材料见后面附件Ⅰ。
按结构分有七类：(1)均质膜或致密膜，为结构均匀的致密薄膜，见附件Ⅱ图1。
(2)对称微孔膜，平均孔径为0.02～10。
按成膜方法不同，有三种类型的微孔膜，即核孔膜、控制拉伸膜和海绵状结构膜。
(3)非对称膜。
膜断面为不对称结构，是工业上应用最多的膜。
(4)复合膜。
在多孔膜表面加涂另一种材料的致密复合层。
(5)离子交换膜(6)荷电膜(7)液膜、包括支撑液膜和乳状液膜按形状分有平板膜、管式膜和中空纤维膜膜分离设备(组件)板框式，结构类似板框式压滤机。
卷式，结构类似出螺旋板换热器。
管式，结构类似列管式换热器。
中空纤维式，结构类似列管式换热器，由几千根甚至几百万根中空纤维组成。
3.膜分离过程膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离，提纯的目的。
不同的膜过程使用不同的膜，推动力也不同。
目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等八种。
反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用。
气体分离和渗透汽化是正在发展中的技术。
其中气体分离相对较为成熟一些。
目前已有工业规模的气体分离体系是, 空气中氧和氮的分离；合成氨厂中氨、氮、甲烷混合气中氢的分离；天然气中二氧化碳与甲烷的分离。
渗透汽化是这些膜过程中唯一有相变的过程，在组件和过程设计中均有特殊的地方。
它主要用于有机物／水，水／有机物，有机物／有机物分离，是最有希望取代某些高能耗的精馏技术的膜过程。
80年代中期进入工业化应用阶段。
除了以上八种已工业应用的膜分离过程外，还有许多正在开发研究中的新膜过程，它们是膜萃取、膜蒸馏、双极性膜电渗析、膜分相、膜吸收、膜反应、膜控制释放、膜生物传感器等。
这些膜过程目前尚处在小型试验和中试阶段。
二.常用膜分离技术的原理通透量理论：一种基于粒子悬浊液在毛细管内流动的毛细管理论。
1.浓度极化模型反渗透、超滤和微滤操作各具特点，影响透过通量的因素很多。
但这三种膜分离操作的透过通量基本上均可用浓度极化或凝胶极化模型描述。
浓度(凝胶)极化模型的要点是：在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面上，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高。
这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象称为浓度极化或浓差极化(concentration polarization)。
膜表面附近浓度升高，增大了膜两侧的渗透压差，使有效压差减小，透过通量降低。
当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层。
当分离含有菌体、细胞或其他固形成分的料液时，也会在膜表面形成凝胶层。
这种现象称为凝胶极化(gel po1arization)。
凝胶层的形成对透过产生附加的传质阻力，因此透过通量一般表示为)(g m L V R R P J +-=μπ∆∆JV ：溶质的质量通量Δp —膜两侧的压差 Pa Δπ — 膜两侧溶液的渗透压差 PaμL — 料液的黏度 Pa ·sRm — 膜的阻力 m-1 Rg — 凝胶的阻力 m-1(1) 生物分子透过通量的浓度极化模型方程 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=p b p m V c c c c k J lnδD k = 式中：JV ——透过通量D ——溶质的扩散系数 m2/sδ——虚拟滞流底层厚度 mcm ——膜表面浓度 mol/Lcb ——主体料液浓度 mol/Lcp ——透过液浓度 mol/Lk ——传质系数 m/s(2) 菌体悬浮液在高压条件下生物大分子溶液透过通量的凝胶极化模型方程b gV c c k J ln = JV ——透过通量cg ——凝胶层浓度cb ——透过液浓度k ——传质系数当压力很高时，溶质在膜表面形成凝胶极化层，溶质的透过阻力极大，透过液浓度即很小，可忽略不计。
2.超滤膜的分子截留作用截留率 (rejection coefficient)表示膜对溶质的截留能力，可用小数或百分数表示。
m p c c R -=10 R0—截留率 cm —膜表面的极化浓度， cp —透过液中溶质浓度由于膜表面的极化浓度cm 不易测定，通常只能测定料液的体积浓度(bulk concentration)，因此常用表观截留率R ，其定义为 b p c c R -=1R —表观截留率 cb —料液中溶质浓度， cp —透过液中溶质浓度通过测定超滤前后保留液浓度和体积可计算截留率为)/ln()/ln(00V V c c R其中，c0 —溶质初始浓度 c —溶质超滤后的浓度V0—料液初始体积 V —料液超滤后的体积通过测定相对分子质量不同的球形蛋白质或水溶性聚合物的截留率，可获得膜的截留率与溶质相对分子质量之间关系的曲线，即截留曲线。
一般将在截留曲线上截留率为0.90(90％)的溶质相对分子质量定义为膜的截留相对分子质量(relative molecular mass cut-off ，MMCO)。
MMCO 只是表征膜特性的一个参数，不能作为选择膜的唯一标准。
膜的优劣应从多方面(如孔径分布、透过通量、耐污染能力等)加以分析和判断。
实际膜分离过程中影响截留率(表观截留率)的因素：(1) 相对分子质量(2) 分子特性：相对分子质量相同时，呈线状的分子截留率较低，有支链的分子截留率较高，球形分子的截留率最大。
对于荷电膜，具有与膜相反电荷的分子截留率较低，反之则较高。
若膜对溶质具有吸附作用时，溶质的截留率增大。
(3) 其他高分子溶质的影响：当两种以上的高分子溶质共存时．其中某一溶质的截留率要高于其单独存在的情况。
这主要是由于浓度极化现象使膜表面的浓度高于主体浓度。
(4) 操作条件：温度升高，粘度下降，则截留率降低。
膜面流速增大，则浓度极化现象减轻，截留率减小。
此外，当料液的PH 值等于某蛋白质的等电点时，由于蛋白质的净电荷数为零，蛋白质间的静电斥力最小，使该蛋白质在膜表面形成的凝胶极化层浓度最大，即透过阻力最大。
此时，溶质的截留率高于其他pH 下的截留率。
三.膜分离技术的发展简史及研究现状人类对于膜现象的研究源于1748年，然而认识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了200多年的漫长过程。
人们对膜进行科学研究则是近几十年来的事。
1950年W.Juda 试制出选择透过性能的离子交换膜，奠定了电渗析的实用化基础。
1960年 Loeb 和Souriringan 首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜，这在膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。
其发展的历史大致为：30年代微孔**，40年代透析；50年代电渗析；60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分离；90年代渗透汽化。
此外以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程(Integrated Membrane Process)也日益得到重视和发展。
几种主要膜技术发展近况大致如下：微滤在30年代硝酸纤维素微滤膜商品化，60年代主要开发新品种。
近年来以四氟乙烯和聚偏氟乙烯制成的微滤膜已商品化，具有耐高温、耐溶剂、化学稳定性好等优点，使用温度在－100～260℃。
目前销售量居第一位。
超滤从70年代进入工业化应用后发展迅速,已成为应用领域最广的技术。
日本开发出孔径为5～50nm 的陶瓷超滤膜, 截留分子量为2万, 并开发成功直径为1～2mm, 壁厚200～400的陶瓷中空纤维超滤膜,特别适合于生物制品的分离提纯。
离子交换膜和电渗析技术主要用于苦咸水脱盐,近年市场容量也近饱和。
80年代新型含氟离子膜在氯碱工业成功应用后, 引起氯碱工业的深刻变化。
离子膜法比传统的隔膜法节约总能耗30％，节约投资20％。
90年世界上已有34个国家近140套离子膜电解装置投产, 到2000年全世界将1/3氯碱生产转向膜法。
60年洛布(Loeb)与索里拉简(Sourirajan)发明了第一代高性能的非对称性醋酸纤维素膜, 把反渗透(RO)首次用于海波及苦咸水淡化。
70年代开发成功高效芳香聚酰胺中空纤维反渗透膜，使RO膜性能进一步提高。
