國產膜法碳捕集技術邁入規模化新階段

　　立足我國“雙碳”戰略需求，膜法碳捕集在工業降碳領域逐步展現出應用前景。近日，天津大學牽頭承擔的國家重點研發計劃項目“高性能混合基質氣體分離復合膜規模化制備及應用”通過綜合績效評價驗收。

　　項目建成的國際首套千噸級混合基質膜二氧化碳捕集中試裝置實現了千小時穩定運行，并于今年5月全面通過考核。

　　在該項目推進過程中，以天津大學化工學院教授王志為主要負責人的項目課題組系統開發了高性能二氧化碳分離混合基質膜材料、規模化制膜技術及工業級膜組件制備技術，實現了混合基質膜碳捕集技術從實驗室研發向工程化應用的跨越，為膜法碳捕集產業化發展奠定了堅實基礎。

　　打通實驗室到產業化堵點

　　王志表示，相比當前行業主流二氧化碳捕集工藝，膜法碳捕集具有無需添加化學藥劑、占地緊湊、工況適配性強等特點，還可適配移動場景，具備顯著成本優勢。

　　但混合基質膜技術同時還面臨材料生產難放大、難以連續量產、缺乏工業中試驗證等技術難點。依托國家重點研發計劃“高端功能與智能材料”重點專項，王志團隊聯合多方科研力量，聚力突破碳捕集技術創新與新型膜材料產業化難題。團隊創新提出“預占位—后激活”策略，開發荷正電聚合物刷金屬—有機框架材料，攻克大面積制膜關鍵難題，首次實現幅寬一米金屬有機框架(MOF)基耐壓二氧化碳分離混合基質復合膜卷對卷連續規模化制造，打通了該領域實驗室成果產業化堵點。

　　依托持續技術攻關，團隊建成國際首套千噸級混合基質膜二氧化碳分離中試裝置，裝置煙道氣處理能力達到1000標準立方米/小時，碳捕集規模為1600噸/年。這套中試裝置在中石化南化公司燃煤電廠真實煙氣工況下連續穩定運行超1000小時，二氧化碳分離純度穩定達到95%以上，充分驗證了混合基質膜體系運行的穩定性、可靠性與工程應用潛力。

　　今年5月，專家組赴現場實地考察裝置、核驗運行數據并開展現場測試，對項目在納米填料開發、大面積混合基質膜制造、工業膜組件研發等一系列創新成果給予高度評價。

　　構建完整膜技術體系

　　從新型膜材料原料到工業化膜組件，項目團隊錨定混合基質膜工程化目標，突破多項核心技術，搭建起覆蓋材料創制、膜制備、性能測評、現場工程應用的完整技術鏈條，形成擁有自主知識產權的完整技術體系。截至目前，項目累計申請發明專利20項，發表學術論文42篇。

　　在高性能納米填料研發層面，團隊建立二氧化碳分離納米填料綠色可控規模化制備路線，開發出SNW-1-PVAm、UiO-66-NH？和UiO-66-NH？-PVAm等系列高性能納米填料，為高性能混合基質膜制備提供核心原料支撐。

　　在大面積規模化制膜環節，研究團隊破解納米填料均勻分散、界面相容性、超薄分離層連續制備多道技術壁壘，創新開發浸涂—狹縫聯合涂布、“預沉積+界面聚合”兩套特色工藝，搭建起幅寬1米以上、年產能20萬平方米的膜材料工業化生產線，實現混合基質膜持續穩定大規模生產。

　　針對混合基質膜應用特性，團隊同步開發專用卷式膜組件制備技術，有效降低濃差極化與運行壓力損失，同時提升膜元件裝填密度，有效膜面積可達30平方米以上，完全滿足工業化裝置使用條件。

　　王志介紹說，整套技術體系相比國際同類二氧化碳分離膜，在分離性能、量產能力、工程適配層面綜合優勢突出。對比團隊此前開發的聚合物分離膜，新工藝單位煙氣處理所需膜面積下降29.0%，綜合能耗降低8.2%，大幅提升膜法碳捕集項目經濟競爭力。

　　適配多元化氣體分離場景

　　“中試裝置成功驗收只是起點，混合基質膜碳捕集技術未來擁有廣闊的發展空間。”王志介紹說，混合基質膜碳捕集技術可廣泛應用于燃煤電廠、鋼鐵、水泥、化工等高耗能行業煙氣脫碳場景，同時適配天然氣、沼氣、合成氣等能源氣體凈化需求，在空氣分離、揮發性有機物脫除領域同樣具備應用潛力。而且整套工藝具備能耗水平低、運行成本可控、模塊化快速擴容等鮮明優勢，適配國內多個行業的氣體分離和降碳需求。

　　王志表示，團隊下一步將深化與電力、能源、化工領域龍頭企業產學研協同合作，穩步推動膜法二氧化碳捕集技術從中試規模邁向萬噸級、百萬噸級大型工業化工程，依托自主低碳技術為大規模碳減排、全球氣候治理輸出中國方案。與此同時，團隊將繼續優化膜材料分子設計與制膜工藝，不斷拓展混合基質膜多元應用場景，深化產學研深度融合，提升整套技術的商業競爭力，助力碳捕集、利用及封存產業高質量發展。（徐巖）

　　轉自：中國化工報

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