摘 要

近年来，如何净化我国的环境污染问题已经成为了我们的首要目标之一，其对人民群众的健康与绿色环境的发展都造成了极大的影响。空气中的VOCs化合物造成的危害尤为突出，是当下急需妥善解决的问题。膜分离技术作为一种新兴的分离技术，在VOCs分离方面，具有无二次污染、可回收有经济效益的的溶剂等优点，还能促进资源节约型和环境友好型事业的发展。本课题对膜分离技术回收挥发性有机物进行了一定的研究,搭建了一套以膜分离技术回收VOCs为核心的中式装置，采用PDMS/陶瓷复合膜用于VOC/N₂（正己烷/ N₂）的分离，并考察了复合膜对VOC/ N₂体系的分离性能。进行了一系列实验后发现，随着冷凝温度的降低，VOC的回收率在升高，而随着原料气的流速和浓度的升高，VOC的回收率也在升高。说明随着冷凝温度的降低、原料气浓度的升高、原料气流速的升高、压差的增大，PDMS/陶瓷复合膜对VOC/ N₂的选择性和渗透性也逐渐增大。实验结果表明，PDMS/陶瓷复合膜对VOCs有较好的分离性能，该膜的操作稳定性也较好，在VOCs回收利用方面有较好的工业前景。

关键词: VOCs 膜分离技术 PDMS复合膜 蒸汽渗透

Study on VOC/ nitrogen separation performance of PDMS composite membrane in series

Abstract

For the past few years, how to purify our country's environmental pollution has become one of our main target which has a great effect on the health of the people and the development of green environment. The danger caused by VOCs compounds in the air is particularly prominent, which is an urgent problem to be solved. Membrane separation technology, as an emerging separation technology, has the advantages of no secondary pollution, recyclable solvent and other economic benefits in VOCs separation, and can also promote the development of resource-saving and environment-friendly business. In this paper, membrane separation technology for the recovery of volatile organic compounds has been studied. In this study, a Chinese device based on membrane separation technology was built to recycle VOCs. PDMS/ ceramic composite film was used for the separation of VOCs/N₂ (n-hexane /N₂), and the separation performance of the composite film on VOCs/N₂ system was investigated. A series of experiments have shown that as the condensation temperature decreases, the recovery rate of VOCs increases. It indicates that the selectivity and permeability of PDMS/ ceramic composite film to VOCs/ N₂ increase with the decrease of condensation temperature, the increase of raw gas concentration, the increase of raw gas flow rate and the increase of pressure difference. The experimental results exhibition that PDMS/ ceramic composite film has a good separation performance for VOCs. The operation stability of the membrane is also good. In terms of VOCs recycling and utilization, there are good industrial prospects.

Key Words: VOCs；Membrane separation ；PDMS composite membrane；vapor permeation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 VOCs概述 1

1.2.1 VOCs污染与危害 2

1.3 VOCs处理技术 2

1.3.1传统的VOCs治理技术 2

1.3.2 燃烧破坏法 3

1.3.3 低温等离子体技术 3

1.3.4光催化氧化技术 4

1.3.5生物处理技术 4

1.3.6多种处理技术对比 4

1.4膜分离技术 5

1.4.1膜分离技术原理 5

1.4.2膜材料的选择 6

1.4.3分离对象的选择 7

第二章 实验部分 8

2.1实验材料与仪器 8

2.1.1实验试剂与材料 8

2.1.2实验装置及设备 8

2.2 VOCs浓度检测 9

2.3实验装置及流程 9

2.4实验参数的选择 10

2.5相关计算 10

第三章 实验结果与讨论 11

3.1 PDMS陶瓷复合膜膜管形貌 11

3.2 PDMS陶瓷复合膜小试实验 11

3.3 PDMS复合膜分离VOCs/N2的性能 13

3.3.1 原料气VOCs浓度对膜性能的影响 13

3.3.2 冷凝温度对VOCs回收率的影响 13

3.3.3 真空度对VOCs回收率的影响. 15

3.3.4 PDMS复合膜的长期稳定性 16

第四章 总结与展望 17

4.1总结与展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 文献综述

1.1 引言

随着石化行业、制药行业和油气输送等工业的迅速发展。在它们的生产过程中产生的大量的挥发性有机化合物(VOCs)所造成的污染问题日益严重。这些挥发性有机化合物想要排放需要消耗大量的资源,还会造成经济损失,同时易造成光化学污染和产生雾霾^{［1，2，3，4］}。为了人们的生活环境和身体健康，国家颁布了许多关于环境治理的标准，降低VOCs的排放已成为我国当下治理环境污染问题的重中之重^［5，6］。因而，膜技术分离回收VOCs这一方法应运而生。膜分离技术作为处理VOCs的新兴技术，其分离能耗低、稳定性良好、无二次污染物的产生等优点，得到了许多学者的肯定与认可。

1.2 VOCs概述

VOCs^［7］一般是指具有易挥发性的有机化合物，是形成雾霾、酸雨的前驱体。VOCs通常分为包括芳香烃、脂肪烃、卤代化合物类等。VOCs来源十分广泛，可分为自然源和人为源两大类。随着人类活动的越来越频繁，工厂生产，汽车尾气都会排放大量的VOCs，人为排放的挥发性有机物正在以不可小觑的速度持续增长。许多VOCs不仅造成环境污染还具备毒性和致癌作用，能引起血液、免疫系统、内分泌系统等各种疾病，使人们生活和身体健康受到了威胁。^［8］。

表1-1 常见的VOCs污染物^［9］

1.2.1 VOCs污染与危害

1.VOCs的污染：

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