据中国化学工程学报微信公众平台2018年12月14日讯 南京工业大学高兴银、邱鸣慧、符开云、徐鹏、孔祥力、陈献富、范益群《用亲水性陶瓷膜接触器进行SO₂吸收的可行性分析（Feasibility analysis of SO₂ absorption using a hydrophilic ceramic membrane contactor）》一文在《中国化学工程学报》上发表（Chinese Journal of Chemical Engineering, Volume 26, Issue 10, October 2018, Pages 2139-2147, DOI：https://doi.org/10.1016/j.cjche.2018.07.011）。
　　船舶尾气中硫氧化物的大量排放对大气造成了严重的污染，对人体健康也有很大的威胁，其形成的酸雨对植物和建筑物造成了极大的破坏，因此国内外颁布了越来越严格的限硫令。膜基气体吸收技术充分结合了气体吸收技术(高效选择性)和膜分离技术(结构紧凑性)的优点，是一种具有发展前景的脱硫新技术。船舶尾气具有温度高、硫氧化物腐蚀性强等特点，而且吸收剂碱性较强，这对膜材料提出了更高的要求。陶瓷膜具有耐高温、耐酸碱、机械强度高、使用寿命长等优点，将其运用到船舶尾气脱硫中具有良好的应用前景。
　　目前，研究最多的是非润湿模式，研究者普遍认为润湿模式下的传质阻力远大于非润湿模式下的传质阻力，润湿模式不利于吸收。Wang等发现非润湿模式下CO₂的吸收性能是润湿模式下的6倍，即使膜孔有5%被润湿，总传质效率会出现20%的下降。但是，非润湿模式现在普遍存在膜孔润湿的问题，成为不稳定的部分润湿模式，降低膜基气体吸收的传质性能，无法保证操作的长期稳定性。不仅有机膜会出现传质性能下降，疏水改性的陶瓷膜也会出现性能下降。根据文献，本文对非润湿模式和润湿模式的适用范围作出了假设。当被吸收气体浓度高、与吸收剂的反应速率慢、在膜孔里充满气体时被吸收气体的扩散速度远大于膜孔里充满液体时被吸收气体的扩散速度，此时选择非润湿模式，比如高浓度的CO₂吸收。当被吸收气体浓度低、吸收剂的浓度高(扩散到气液界面的吸收剂满足被吸收组分的反应需要)、与吸收剂的反应速度快(容易吸收)时，此时膜相阻力大大降低，应选择润湿模式，比如低浓度的SO₂、H₂S吸收。
　　为了验证亲水陶瓷膜在润湿模式下脱硫的可行性，本文将亲水Al₂O₃陶瓷膜和疏水改性的陶瓷膜分别组装成膜接触器，以不同浓度的NaOH溶液作为吸收剂，比较亲、疏水膜的脱硫效果，发现当NaOH的浓度高于0.2M时，亲水膜比疏水膜具有更好的脱硫效果，NaOH浓度越高，亲水膜优势越明显。比较了不同孔径和孔隙率的陶瓷膜对脱硫的影响，发现在平均孔径1μm的支撑体涂覆平均孔径100nm的膜层的Al₂O₃陶瓷外膜是一种比较合适的陶瓷膜材料。
　　为了提高亲水膜接触器在润湿模式下的传质性能，对气体流量、液体流量、液体温度、进气SO₂浓度、吸收剂浓度等操作条件进行考察优化。发现采用NaOH溶液作为吸收剂，提高吸收剂温度、NaOH浓度有利于SO₂的脱除；吸收剂的流速对脱硫的影响很小；进气流速和进气SO₂浓度的提高都降低了脱硫率，SO₂通量先增加后不变。
　　综上所述，对于烟气中低浓度的SO₂，通过提高吸收剂浓度和温度以及选择孔隙率更高、孔径合适的膜材料等方法，提高亲水陶瓷膜接触器在润湿模式下的脱硫性能。与疏水膜接触器相比，亲水陶瓷膜接触器不仅操作稳定性得到了保证，而且通过控制合适的操作条件，其传质性能大幅提高，在船舶尾气脱硫中具有良好的应用前景。

图1．膜基气体吸收技术原理示意图

　　通讯作者及团队介绍
　　范益群，男，1968年生，博士，教授，博士生导师。主要从事多孔陶瓷膜制备技术和膜分离集成技术研究。近三年来一直从事多孔陶瓷膜的基础研究及其产业化工作，基础研究成果在膜领域国际顶尖刊物Journal of Membrane Science发表了系列论文。注重产学研合作，主导建设国内最大的陶瓷膜生产线，生产规模和产品质量均达到国际先进水平。获得了国家科技进步二等奖一项(第3)，获得了教育部技术发明二等奖(第1)和国家能源科技二等奖(第1)。
　　参与申报国家特种分离膜工程技术研究中心，已经获得批准；参与申报“江苏省膜材料与膜过程协同创新中心”，省级协同创新中心的申报已经获得了批准；参与国家十二五科技专项规划的编写。主持承担了国家973项目课题、863重点项目课题和重大项目课题各一项。
　　在教学工作方面，2012年和2013年主持本科生课程《化学工程研究进展》；指导的本科毕业论文获得江苏省二等奖、三等奖各一项；指导的本科生获得第六届江苏省大学生创业计划竞赛特等奖。