疏水性多孔聚砜膜接触器结合重力驱动的Ca(OH)2吸收技术，用于从沼气中高效去除低能量二氧化碳

《Scientific Reports》：Hydrophobic porous polysulfone membrane contactors with gravity-driven Ca(OH)2 absorption for low-energy CO2 removal from biogas

　　

摘要

将沼气升级为生物甲烷需要高效且节能地去除二氧化碳（CO?），以提高其热值和下游使用的可行性。在本研究中，系统评估了一种重力驱动的疏水性聚砜（PSf）中空纤维膜接触器在常温条件（23±1°C和1个大气压）下从合成CH?/CO?（60/40 v/v）气体混合物中去除CO?的效果。与依赖机械驱动液体循环的传统膜接触器系统不同，该装置无需液体泵送，从而消除了液相能量需求并简化了系统结构。通过使用自来水作为物理吸收剂和低浓度Ca(OH)?溶液（0.1 wt%）作为反应性吸收剂进行了对比实验，以评估在实际分散式操作条件下的流体动力学、传质和能量性能。在优化操作条件下（气体流速：122.5 mL min?1；液体流速：800 mL min?1），两种吸收剂的CO?去除效率均超过90%，其中自来水的最大去除效率为92–93%，Ca(OH)?的最大去除效率约为94%。重力驱动的降膜液体流动方式促进了有效的气液界面接触，同时最小化了液体侧的传质阻力。通过仅考虑气体处理和分析设备的需求来计算特定能耗，得出自来水的能耗为0.47 kWh kg?1 CO?，Ca(OH)?的能耗为0.45 kWh kg?1 CO?。为期30天（每天8小时）的长期稳定性测试表明，CO?去除性能持续稳定，效率仅略有下降，这主要是由于CaCO?逐渐沉淀所致，而非膜湿润或结构降解。这项工作的创新之处不在于引入新的膜材料或吸收剂，而在于展示了一种无需泵送、由重力驱动的膜接触器系统，该系统结合了低能耗、操作简便性和稳定的性能。研究结果为设计模块化、低维护的膜接触器系统提供了实际见解，适用于分散式和节能的沼气升级应用。