过程工程学报 ›› 2025, Vol. 25 ›› Issue (10): 1008-1020.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224358
秦宇, 海玉琰, 熊日华*
Yu QIN, Yuyan HAI, Rihua XIONG*
摘要: 在“双碳”战略背景下,碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术的重要性日益凸显。作为CCUS技术中的关键环节,CO2分离已成为当前的研究热点。在众多分离法中,膜分离技术凭借低能耗、可连续操作的优势脱颖而出。本工作全面综述了国内外各类CO2分离膜在膜法碳捕集领域的研究现状,重点介绍了混合基质膜的CO2气体渗透分离性能及制备方法的优化。目前,绝大多数混合基质膜的CO2渗透速率介于0~1000 Barrer之间,CO2/N2的分离系数在20~120范围内。研究表明,通过使用修饰改性的晶态多孔填料或直接使用非晶态多孔填料,可有效提升聚合物基底与多孔填料的兼容性,是优化混合基质膜制备方法的可行途径。从后续工业应用的实际需求出发,本工作剖析了不同CO2分离膜组件的优势与不足,明确螺旋卷式是当前最适用于膜法碳捕集领域的组件形式。混合基质膜具备优异的机械与热稳定性、杰出的抗塑化能力及卓越的CO2渗透分离性能,因此在利用螺旋卷式膜组件实现膜法碳捕集应用中展现最大潜力。此外,在添加吹扫气等合适的捕集工艺条件下,基于当前混合基质膜的性能,CO2捕集成本可控制在23 USD/t CO2以内。充分证明了混合基质膜在膜法碳捕集技术中应用的可行性,本工作旨在为CO2膜分离在CCUS技术中的广泛应用提供有力指导。