摘要
挥发性有机物VOCs是主要的大气污染物之一，日常生活和工业生产过程中产生大量VOCs，会对人体健康和大气环境产生巨大的危害。因此，我国在“十三五”和“十四五”对VOCs防治提出明确的要求。在二氧化碳减排和VOCs资源化的大背景下，利用吸收、吸附、膜分离及低温相变等VOCs回收技术对VOCs进行回收处理是VOCs末端防控的优选技术方案。但传统的VOCs回收技术存在能耗高和回收效率低等技术问题，应用范围受到较大的限制，因此，发展高效的VOCs回收技术具有十分重要的意义。本文具体对高效的VOCs膜-低温耦合回收技术进行多尺度的模拟与优化研究工作，并获得如下结论： （1）对基于VOCs优先透过膜和N2优先透过膜构建的膜-低温耦合分离工艺进行经济-技术评估分析，其中VOCs优先透过膜的膜-低温耦合分离具有明显的技术优势。以VOCs优先透过膜为基础设计的耦合分离工艺H-1，分别以68.5$/tonC3H8(15%C3H8/N2)、166$/tonC3H8(5%C3H8/N2)和800$/tonC3H8(1%C3H8/N2)的经济回收成本完成VOCs回收处理。H-1耦合工艺分离膜的理想渗透性参数范围为1,000~5,000Barrer，C3H8/N2理想分离选择性参数范围为100~500之间。 （2）利用分子模拟，对2019年的RoCE-MOF晶体材料数据库中的12,020种金属有机骨架材料进行分子尺度的高通量筛选，同时结合Maxwell方程预测混合基质膜分离性能，筛选出DAPBZH/PEBAX2533等高性能的混合基质膜。利用多级膜分离的设计优化方法，构建3种多级膜-低温耦合分离优化工艺，其最低经济回收成本为500$/tonC3H8(1%C3H8/N2)，相比于耦合分离工艺H-1成本下降300$/tonC3H8(1%C3H8/N2)。其分离膜的最佳渗透性参数范围为3,000~50,000Barrer，C3H8/N2分离选择性参数范围为80~200之间，优化的多级膜耦合分离工艺提高了对膜材料渗透性能的要求，但降低了分离膜选择性能方面的要求。 （3）基于高性能混合基质膜的优化耦合工艺，以710$/tonC3H8的回收成本对1%浓度C3H8/N2完成高效的回收处理，远远低于传统回收技术的回收成本，具备市场化的基本条件。
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