2024年7月，國家六個部委專門出了一個文件《精細化工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展實施方案2024-2027》，對降低VOCs排放提出了更高的要求。南京碳環(huán)生物質(zhì)科技有限公司已經(jīng)在廢氣回收治理領(lǐng)域工作了18年。特別是近5年來，隨著工藝流程壓縮機和VOCs有機氣體分離膜的廣泛使用，VOCs源頭回收治理的工藝路線和解決方法也更多了。
2010年，我們就和國內(nèi)知名的膜材料科學(xué)家一同開始甲烷和二氧化碳氣體分離膜的研究，大約前后花費了4年多的時間，沒有結(jié)果！沒能研究、制造出適合的膜材料。也是在這個時候，我們開始收到VOCs治理領(lǐng)域中傳來的技術(shù)需求。VOCs是一大類有機溶劑揮發(fā)氣的總稱，其中以二氯甲烷為代表的鹵代烴類溶劑的揮發(fā)性蒸氣治理難度大。因為，它的沸點只有約39℃，易揮發(fā)；同時，因為含氯，用傳統(tǒng)RTO的熱氧化摧毀工藝會產(chǎn)生二噁英…。當時，治理它的工藝手段也不多：①源頭冷凝回收，但是冷凝之后的凈化尾氣中仍然含有較高濃度的二氯甲烷，這部分的尾氣如何處理？②在進/出料，萃取，烘干等工序產(chǎn)生的低濃度無組織的二氯甲烷如何處理？我們想到了氣體分離膜工藝！
1、膜分離原理
利用氣體分離膜對不同氣體分子選擇性的透過機理，將二氯甲烷攔截下來，如同水處理上的超濾膜；或者，讓二氯甲烷透過膜，將混合尾氣中的氮氣和空氣攔截下來，如同水處理上的滲透汽化膜。總之，我們要用氣體分離膜實現(xiàn)二氯甲烷有機揮發(fā)氣與氮氣或空氣的分離。聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一種硅橡膠材料，它對二氯甲烷有非常好的選擇性。二氯甲烷分子很容易“溶解”在硅橡膠的薄膜中，在分離薄膜兩側(cè)壓力差的作用下，“溶解”在硅橡膠薄膜層中的二氯甲烷分子在薄膜的出氣側(cè)空間中被“擴散”出來。而氮氣（或者空氣）則大部分被攔截在薄膜的進氣側(cè)，這就是氣體分離膜的氣體選擇性原理。我們也將這款膜稱為“VOCs分離膜”。
2、膜結(jié)構(gòu)及性能指標
圖一 電子顯微鏡下VOCs分離膜的三層結(jié)構(gòu)
3、膜的特點：耐久性和安全性
膜材料是膜技術(shù)突破的關(guān)鍵之一，有了合適的膜材料后，我們很快制造出VOCs分離膜和分離膜組件（圖二 分離膜及膜組件）。并且，很快解決了膜組件使用中的另外兩個問題：
?在膜材料的合成過程中會使用到一些常規(guī)的有機溶劑，由“相似相溶”的原理引出的問題是，在利用VOCs氣體分離膜回收有機溶劑蒸氣時，要避免膜組件出現(xiàn)“溶漲”的事故。因此，要在工藝設(shè)計上保證進入膜組件的是氣態(tài)的有機溶劑蒸氣，不是有機溶劑溶液。在這一點上過程工藝計算和膜工藝流程的設(shè)計就顯得非常重要。總之，我們解決了這個問題。
?防靜電：日本的一家公司在上世紀70年代末，就開發(fā)出導(dǎo)電錦綸，?這種導(dǎo)電纖維導(dǎo)電效果良好，?且纖維物理性能優(yōu)良。?這一技術(shù)的發(fā)展為防靜電導(dǎo)流布的制造提供了基礎(chǔ)，國內(nèi)有很多企業(yè)制造各種類型的導(dǎo)流網(wǎng)。使用這種網(wǎng)，將膜表面聚集的“靜電荷”及時導(dǎo)出，達到防靜電的效果。
圖二 分離膜及膜組件