Membránová technologie pro náročné separace: Odstraňování CO2, SO2 a NOx ze spalin a odpadních plynů
Na základě četných studií, které byly dosud zveřejněny, lze konstatovat, že různé membrány v různých formách, se širokou škálou chemických, fyzikálních a transportních vlastností a různými provozními principy, nabízejí vynikající možnosti pro efektivní separaci různých směsí plynů. Zatímco výkon neporézních membrán byl detailně již prozkoumán, stále existují příležitosti pro další zlepšení výkonu separace směsí plynů za realističtějších provozních podmínek při různých teplotách, tlacích a složení vstupů. Tento přehledný článek ukazuje, že studie propustnosti membrán s SO2 a NOx jsou vzácné a obvykle nejsou v průmyslu plně prozkoumány, pokud jde o teplotu nebo složení směsi plynů. Další studium vyžaduje posoudit zejména vliv vlhkosti a stopová množství jiných nečistot, jako jsou H2S, uhlovodíkové páry a jiné chemické látky specifické pro daný zdroj (např. NH3, N2O, HCl).
Nové studie by se měly zaměřit také na stabilitu dosažitelné permeance v čase, protože mnoho membránových materiálů s vysokou permeabilitou často prochází fyzickým stárnutím, což má za následek postupné a obvykle nežádoucí snižování propustnosti. Musíme si také uvědomit, že praktické čištění spalin je spojeno s obrovskými objemy plynů, a proto by kompresní práce při jejich stlačování byly velmi ekonomicky náročné. Proto pouze membrány s extrémně vysokou propustností nežádoucích plynů (tj. CO2, SO2, NOx, H2S a vodní páry) mají potenciál pro průmyslové rozšíření.
Příprava tenkovrstvých kompozitních membrán s ultra-vysokou propustností na základě popsaných materiálů, jako jsou PIM, MMM a SILM je dle přehledu minoritní, ač jde o nutný krok pro aplikaci membrán ve větším měřítku. Je rovněž velmi důležité zaměřit se na nová technologická zařízení a membránové moduly, nikoli pouze na vývoj nových materiálů v laboratoři. Jak ploché membránové moduly (ve formě rámových modulů nebo spirálně vinutých modulů) nebo dutovlákenné moduly mají své přednosti i nevýhody, což je rovněž zhodnoceno ve vztahu k procesům.
- Pasichnyk M., Stanovský P., Polezhaev P., Zach B., Šyc M., Bobák M., Jansen J.C., Přibyl M., Bara J.E., Friess K., Havlica J., Gin D.L., Noble R.D., Izák P.*: Membrane technology for challenging separations: Removal of CO2, SO2 and NOx from flue and waste gases. Sep. Purif. Technol. 2023, 323, 124436. doi: 10.1016/j.seppur.2023.124436