Zeitschrift für Membranwissenschaft und -technologie

Abstrakt

Umwandlung kommerzieller Keramikmembranen in eine erste Membranstufe für die CO2-Abtrennung nach der Verbrennung

Sophie Cerneaux, Vincent Germain, Gil Francisco, David Cornu, Cédric Loubat, Eric Louradour, André Larbot und Eric Prouzet

Dieser Bericht beschreibt, wie handelsübliche röhrenförmige Keramikmembranen, die ursprünglich für die Flüssigkeitsfiltration entwickelt wurden, modifiziert werden können, um die zentralen Trennkomponenten einer ersten Stufe der Rauchgasbehandlung und -anreicherung bei der CO2-Abtrennung nach der Verbrennung bereitzustellen. Im Handel erhältliche röhrenförmige Keramikmembranen zur Nanofiltration (NF) wurden in einem zweistufigen Verfahren, einschließlich zusätzlicher Keramikbeschichtung und chemischer Pfropfung, in eine Membran zur CO2-Abtrennung umgewandelt. Die Kombination aus Keramikbeschichtung und chemischer Pfropfung verändert die Membraneigenschaften drastisch und macht aus der ursprünglich für die Flüssigkeitsfiltration entwickelten Membran eine CO2- gegenüber N2-Selektivität, die das Gegenteil der Knudsen-basierten Selektivität darstellt, mit einer idealen CO2:N2-Selektivität von 2,3. Ein zweiter Schritt dieser Studie befasste sich mit der Senkung der Membrankosten, indem anstelle einer NF-Membran mit einem speziell für diese Anwendung hergestellten 200-nm-Keramikträger mit niedriger Ultrafiltration (UF) begonnen wurde. Nach erfolgreicher Beschichtung einer 5 nm und einer 1 nm Keramikmembran wurde diese mit einem handelsüblichen Fluorsilanmolekül gepfropfte Membran bei der Permeation reiner Gase wie CO2 und N2 getestet, mit einer idealen Selektivität von CO2:N2 = 3. Schließlich wurde dieselbe mit Glymo gepfropfte Membran bei der Trennung einer Mischung aus CO2 (20 %):N2 (80 %) und als Funktion des Permeationsstufenschnitts getestet. Bei einem Stufenschnitt von 0,5 wurde eine CO2:N2-Selektivität von 4 erreicht, und bei niedrigen Stufenschnitten, die üblicherweise zum Testen dichter Polymermembranen verwendet werden, war sie sogar noch höher (CO2:N2-Selektivität = 14). Diese Ergebnisse zeigen, dass handelsübliche poröse Keramikmembranen als Ausgangselemente für eine erste Stufe der CO2-Nachverbrennungsgasreinigung und CO2-Anreicherung verwendet werden können.