TiO2-SiO2/PES复合膜气液接触器协同修饰实现机器学习驱动的CO2/CH4超高分离

本文推荐：研究通过气液膜接触器（GLMC）技术，结合TiO2-SiO2/PES复合膜的气相水解修饰与机器学习优化（Mixup+SHAP分析），实现CO2/CH4混合气高效分离（CH4纯度99.88%，分离因子554.89），为碳中和目标下天然气提纯与碳捕集提供创新解决方案。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过动态气液膜接触器（GLMC）系统，结合气相水解修饰的TiO₂-SiO₂/聚醚砜（PES）复合膜与二乙醇胺（DEA）吸收液，实现了CO₂/CH₄混合气的高效分离。机器学习方法（混合数据增强Mixup+高斯噪声）与SHAP分析揭示了气体流速和CO₂/CH₄比例为分离效率的主导因素。

Material

实验采用青岛海清膜工程有限公司生产的复合膜，吸收剂包括二乙醇胺（DEA）、单乙醇胺（MEA）等，辅以全氟硅烷（PFTS）进行疏水改性，所有试剂均来自国内知名化学供应商。

Construction of dynamic separation GLMC reaction system

基于前期研究构建的GLMC反应系统，通过调节气体流速（30 mL/min）、DEA浓度（1 mol/L）和液气比（L/G=1.69-1.77），在膜表面形成稳定气液界面，实现CO₂选择性捕获。

Adaptability analysis of absorbent and GLMC

对比物理吸收（蒸馏水）与化学吸收（胺类溶液）效果，发现DEA通过形成不稳定氨基甲酸盐优先捕获CO₂，而CH₄几乎不被吸收，验证了化学吸收剂的高选择性优势。

Conclusions

气相水解修饰的TiO₂-SiO₂/PES膜在优化条件下展现出卓越性能：CH₄纯度达99.88%，分离因子554.89，液气比1.69-1.77为工业应用提供关键参数，推动碳中和目标下气体分离技术发展。