實(shí)現(xiàn)污染物超低排放與粉塵高效回收

　　不僅能讓氣體凈化膜“大口喘氣”，還能讓膜材料表面潔凈無殘留，工業(yè)粉塵被高效回收利用。近日，由南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院仲兆祥教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合江蘇久朗高科技股份有限公司、南京膜材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司、江蘇加怡熱電有限公司等聯(lián)合完成的氣體凈化膜材料設(shè)計(jì)與制備的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目，榮獲2020年度江蘇省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。該技術(shù)破解了當(dāng)下制約膜技術(shù)在氣體凈化領(lǐng)域應(yīng)用中透氣速率低和抗污染性差的問題，實(shí)現(xiàn)了分離膜材料在氣體凈化過程中的大規(guī)模應(yīng)用。

　　助推氣體凈化技術(shù)進(jìn)步

　　嚴(yán)格控制超細(xì)粉塵排放，實(shí)現(xiàn)資源的高效潔凈利用，是化工、能源、鋼鐵、冶金、建材等行業(yè)面臨的共性問題。目前常用氣體除塵方法包括布袋過濾、旋風(fēng)分離、靜電除塵、濕法捕集等，對(duì)大粒徑的粉塵有較好的脫除效果，但對(duì)超細(xì)粉塵(亞微米級(jí))的分離效率低。

　　作為一種新型高效的分離技術(shù)，膜技術(shù)在液體分離領(lǐng)域等已有廣泛應(yīng)用，但在氣體凈化領(lǐng)域尚處于起步階段。“工業(yè)煙氣單位時(shí)間排放體積大，每小時(shí)可達(dá)數(shù)百萬立方米，過濾推動(dòng)力小，而現(xiàn)有的液體分離膜透氣速率低，不適用于氣體凈化過程。”仲兆祥介紹道，他們研發(fā)的氣體凈化膜則提供了有效的解決方案。

　　既能攔截較小顆粒，還能使氣體快速地通過，這種能使氣體凈化膜有效分離并“大口喘氣”的技術(shù)就是膜材料微結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)。該技術(shù)提出面向氣固分離的膜材料設(shè)計(jì)方法，建立膜結(jié)構(gòu)性能—控制參數(shù)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了膜厚度、孔徑以及孔隙率的可控調(diào)節(jié)，膜透氣速率較國際先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品提高30%。

　　創(chuàng)新研發(fā)雙疏膜材料

　　“然而，空氣凈化體系繁多，目標(biāo)體系除了常見的固體顆粒物，還可能存在油性污染物，油性氣溶膠與超細(xì)粒子等容易在膜材料表面發(fā)生吸附污染，導(dǎo)致過濾壓差迅速上升，難以滿足工業(yè)過程對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性的要求。”仲兆祥表示，如果膜材料能夠?qū)崿F(xiàn)既疏水又疏油，那么油性物質(zhì)就不會(huì)粘附在膜表面。

　　這種效果類似“荷葉效應(yīng)”，水滴到荷葉上會(huì)形成水珠，油滴滴落到疏油特性的膜纖維表面也呈油滴狀，隨著時(shí)間的延長，膜表面集聚形成的小油滴不斷變大，直到油滴自身的重力大于其與膜表面之間的黏附力，油滴在重力的作用下逐漸從雙疏膜表面滑落，使得膜材料具有再生功能。

　　為此，仲兆祥團(tuán)隊(duì)發(fā)明了膜材料表面疏水疏油改性技術(shù)，結(jié)合膜表面形貌控制與在線反吹技術(shù)的開發(fā)，攻克了膜材料易被油性氣溶膠污染的難題，開發(fā)出國內(nèi)外首創(chuàng)的雙疏膜材料。

　　“我們制備的均勻孔結(jié)構(gòu)雙疏膜材料，其表面對(duì)水和油性物質(zhì)的接觸角均大于120°，除具有膜材料的基本分離功能之外，表現(xiàn)出良好的疏水、疏油性，表面不易黏附污染物，較低的黏附力也有利于雙疏膜的清洗，延長了其重復(fù)使用性能，穩(wěn)定運(yùn)行壽命較國外商品膜提高了2倍以上。”仲兆祥如是說。

　　新工藝拓展應(yīng)用領(lǐng)域

　　為實(shí)現(xiàn)氣體凈化膜的可控制備和工業(yè)化應(yīng)用，仲兆祥團(tuán)隊(duì)發(fā)明了系列氣體凈化膜應(yīng)用新工藝。他們開發(fā)的系列膜法煙氣治理工藝裝備，在化工企業(yè)燃煤鍋爐、生物質(zhì)鍋爐、廢棄物焚燒等煙氣凈化中實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，凈化后氣體粉塵濃度小于5mg/m³，優(yōu)于國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)10mg/m³，能耗較布袋除塵降低1/3以上。

　　針對(duì)化工過程的催化劑、鈦白粉、染料等高附加值粉體產(chǎn)品回收中的共性問題，他們還發(fā)明了高附加值粉體產(chǎn)品回收工藝，采用膜技術(shù)一步實(shí)現(xiàn)粉體產(chǎn)品的高效回收，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用。湖南一家企業(yè)利用該工藝每年多回收20噸催化劑產(chǎn)品，減少了大量的廢水和廢氣排放，膜工藝的穩(wěn)定運(yùn)行壽命比原工藝提高了4倍以上。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，氣體凈化膜技術(shù)在中石化、恒逸石化、江蘇華昌化工等60多家企業(yè)推廣應(yīng)用，近兩年累計(jì)新增產(chǎn)值25.96億元，新增利潤4.57億元，累計(jì)處理廢氣超過1800億標(biāo)準(zhǔn)立方米、減排超細(xì)粉塵2700余噸。