聚丙烯(PP)由于其低成本、易加工、耐腐蝕、可重復(fù)使用等優(yōu)點在化工填料中有著廣泛的應(yīng)用:但仍有諸多問題亟待解決，如填料表面潤濕性較差等。本文成功改善PP表面的潤濕性，為制備高效填料提供了一種新材料。為提高PP的表面潤濕性，制備了一種表面改性劑(MCP)，著重研究MCP與PP共混改性對PP表面潤濕性的改善效果;考察MCP含量、處理時間、處理溫度等工藝因素對共混制備的單板成膜性的影響，MCP含量為40%時，PP單板成膜率由10%左右提高到90%以上，單板成膜性顯著改善；并從單板表面性能及水-單板界面熱力學(xué)角度(液固界面張力、粘附功、浸濕功、鋪展功)分析了PP/MCP單板成膜的機理。改善潤濕性后，改性PP復(fù)合片材的力學(xué)性能略有降低，而熱變形溫度則有所提高:當(dāng)MCP含量為45%，添加無機填料(云母、滑石粉和玻璃纖維)含量低于30%時，復(fù)合材料的單板表面成膜性變化很小，力學(xué)性能有所提高，熱變形溫度Z大可提高51℃;二乙醇胺溶脹試驗顯示:兩種P方的改性PP填料均具有良好的耐Y機溶劑性能。最后，探討了用新型改性材料制備填料的工藝技術(shù)，指出模壓過程中，片材預(yù)熱時間的控制對波紋板結(jié)構(gòu)的影響尤為重要;制備的兩批規(guī)整填料吸收塔測試，結(jié)果表明:經(jīng)過潤濕改性的PP基復(fù)合材料填料的傳質(zhì)性能提高了20%。

由于人類生產(chǎn)生活等一系列的活動，如化石燃料的燃燒，汽車等尾氣排放、綠色植被的破壞等影響，近年來二氧化碳排放量猛增，導(dǎo)致Q球溫室效應(yīng)、氣候變暖、冰川融化、海平面升高.....Q球性氣候環(huán)境問題已經(jīng)迫在眉睫1.21。我國的CO排放量在過去的十年里以年均5%的速度在增長，已經(jīng)成為次于美國的第二大碳排放國;美國和我國作為世界上碳排放量最D的兩個G家，是全世界關(guān)注的J點。在根本哈根氣候峰會上，歐盟正在推動承諾更大的減排目標(biāo)，以促進(jìn)達(dá)成Q球協(xié)議;美國在會上承諾2020年溫室氣體排放量在2005年的基礎(chǔ)上減少17%:我國在會上公布了控制溫室氣體排放的行動目標(biāo)，決定到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO,排放比2005年下降40%到45%3。因此，研究我國大型化工廠、電熱廠和其他以燃燒自然資源為基礎(chǔ)的工業(yè)CO排放問題，對解決Q球氣候變暖、溫室效應(yīng)以及適應(yīng)G家的號召則是具有極其重要和現(xiàn)實的意義。

減少CO2排放一方面要尋找清潔可生能源，以及提高現(xiàn)有能源的使用效率，從源頭上減少CO排放;另一方面對現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的和已經(jīng)排放的CO進(jìn)行捕集、存儲和再利用。盡管CO2的累積對S態(tài)環(huán)境的惡化負(fù)有不可推卸的責(zé)任，但如果采用各種技術(shù)對其加以利用，CO也可以成為有用的資源。作為氣體的CO以及固體的干冰在生活中的各行各業(yè)均有著廣泛的應(yīng)用，可作為惰性氣體用作化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)4.5、用作臨界C取劑用于食用油和醫(yī)藥H保行業(yè)間作為原料用于合成無機化合物、有J化合物和聚合物等18CO雖然有如此廣闊的應(yīng)用前景，但ArestaM等曾經(jīng)做過研究報道:由人類每年的各類活動而排放出的CO量約為55Gt，受現(xiàn)有的CO利用技術(shù)的發(fā)展限制，工業(yè)上每年對的CO利用量為110Mt。由此可見，減少Co排放目前為有效的于段就是CO捕集和存儲，即使針對CO2的應(yīng)用，其捕集也是應(yīng)用的一步。

CO捕集和存儲(CarbonCantureandStorage)技術(shù)中主要有化學(xué)吸收法、物理吸收法、物理吸附法和膜分離法等方法，而其中應(yīng)用范圍為廣泛就是化學(xué)吸收法，在吸收

塔內(nèi)，以醇胺溶液作為吸收劑的化學(xué)吸收法捕集CO已經(jīng)在工業(yè)上得以成功的應(yīng)用。吸收塔是整個化學(xué)吸收法捕集CO的工藝過程中為核心的裝置，其主要功能是利用CO:與吸收劑之問的化學(xué)反應(yīng)將CO從煙道氣中脫除。根據(jù)塔內(nèi)提供氣液接觸的構(gòu)件的類型可分為:板式塔和填料塔;根據(jù)實際應(yīng)用現(xiàn)狀，由于煙道氣氣量大、CO2分壓低，以及CO分離工藝要求氣液比可調(diào)節(jié)、低壓降且適應(yīng)有腐蝕發(fā)泡性的吸收劑，因而工業(yè)上大多采用填料塔作為CO捕集吸收裝置。填料塔發(fā)展已有一百多年歷史，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求節(jié)能、減排和H保的趨勢下，填料塔的發(fā)展有了新的機遇。填料塔根據(jù)裝填方式可分為散堆填料和規(guī)整填料，散裝填料是將具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般的隨機堆積在塔內(nèi)，因此又稱為亂堆填料或顆粒填料，其在填料塔內(nèi)的排列是隨機無規(guī)則的，可用多種材質(zhì)制造，裝卸方便對于塔內(nèi)件的制造、安裝要求低，目前仍十分廣泛地應(yīng)用于分離過程，如拉西環(huán)、鞍形、鮑爾環(huán)、0網(wǎng)環(huán)等。在散裝填料發(fā)展的同時，出現(xiàn)了規(guī)整填料，規(guī)整填料是在塔內(nèi)均勻的按一定幾何圖形排列，整齊堆砌的填料，它規(guī)定了氣體和液體流動的通道，改善了液體的溝流和壁流現(xiàn)象;在壓降較小的同時還可以提供更多的比表面積，在相同的體積中可以達(dá)到更高的傳質(zhì)效率和傳熱效果，如絲網(wǎng)填料、波紋填料、格柵填料等;規(guī)整填料還由于其結(jié)構(gòu)的均勻性、規(guī)則性和對稱性，在與散裝填料具有相同的比表面積時，規(guī)整填料則具有更大的孔隙率和更大的通量，其綜合處理能力比散堆填料塔大得多[101，因此以金屬波紋板為代表的各種通用型的規(guī)整填料在工業(yè)中得以廣泛應(yīng)用。有文獻(xiàn)提出

規(guī)整填料由于其較高的傳質(zhì)效率低壓降和易放大等優(yōu)點，是用于CO捕集的優(yōu)良技術(shù)之一。填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點，但也有一些不足之處，如填料造價高:當(dāng)液體流量較小時，液體則不能有效地潤濕填料表面，導(dǎo)致氣液有效接觸面積的減小，使傳質(zhì)效率降低。因而對填料塔的填料表面潤濕的研究，對提高填料塔傳質(zhì)效率，降低生產(chǎn)成本具有十分積極的意義。

 

1.2 填料的發(fā)展

1.2.1填料發(fā)展歷史簡介

填料塔作為氣液傳質(zhì)設(shè)備的歷史可以追溯到1836年用來水吸收氯化氧的操作以及1881年用于蒸餾過程。1907年以焦炭、石礫、卵石等無定形的物體開始了填料的

發(fā)展;而1914年出現(xiàn)的陶瓷拉西環(huán)填料(RashingRing)，引領(lǐng)著填料塔的發(fā)展進(jìn)入了科學(xué)軌道，標(biāo)志著填料塔的研究進(jìn)入了科學(xué)發(fā)展的年代(12]。盡管其實際生產(chǎn)效果仍沒有很大的提高，卻引起人們意識到塔內(nèi)的氣液分布性能對填料塔操作的重要性。1937年斯特曼填料的出現(xiàn)，使填料和填料塔又進(jìn)入了現(xiàn)代發(fā)展時期;20世紀(jì)30至50年代，由不同材質(zhì)(包括金屬、陶瓷和塑料)的各類散堆填料(拉西環(huán)、鮑爾環(huán))涌入市場(131。1950年后，填料塔進(jìn)入了緩慢發(fā)展時期，在這個時期內(nèi)，人們注意對塔內(nèi)件的研究，力圖解決填料塔的氣液分布不均和放大效應(yīng)”的問題，但由于同時期的各種板式塔的出現(xiàn)及其成功應(yīng)用，而使填料塔的應(yīng)用和發(fā)展倍受冷落。而此時瑞士蘇爾壽公司開始對氣液分布不均的問題開始進(jìn)行了深入研究，并成功的解決了規(guī)整填料的“放大效應(yīng)”問題1241975年蘇爾壽公司成功開發(fā)了一批塑料絲網(wǎng)波紋填料，之后并詳細(xì)報道了其性能與應(yīng)用，證明了它是一種現(xiàn)代新型高效吸收塔填料;此外，日本住友公司等也在經(jīng)銷塑料，絲網(wǎng)波紋填料;在我國，上?；ぱ芯吭河?977年研制成功尼龍和聚丙烯塑料絲網(wǎng)波紋填料同時也測定了它們的性能，最終在工業(yè)應(yīng)用也取得了良好的效果。

至80年代末，新型填料的研究一直處于十分活躍的狀態(tài)，尤其是各類新型規(guī)整填料不斷涌現(xiàn)市場，使得填料發(fā)展進(jìn)入高峰期。整體來說，對于塔填料結(jié)構(gòu)的研究又始終

是沿著兩個方面進(jìn)行的，即同步開發(fā)散堆填料與規(guī)整填料。填料的另一個研究方向是填料進(jìn)行材質(zhì)的更換，以適應(yīng)不同工業(yè)應(yīng)用要求，從而達(dá)到提高填料塔內(nèi)氣液兩相間的傳質(zhì)效率的日標(biāo)，或是對填料進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚愿淖冊谔盍媳砻娴臐櫇裥阅?，提高液相在填料表面鋪展?jié)櫇竦挠行娣e115]

1.2.2 填料塔對填料性能要求

填料塔是以塔內(nèi)填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備，塔填料是填料塔的核心，它是裝在填料塔內(nèi)的一種物料，主要是用來擴(kuò)大液相與氣相之間接觸面積和提高塔傳質(zhì)效率和分離效率的重要塔內(nèi)件設(shè)備;它提供塔內(nèi)的氣-液兩相接觸進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱的表面，其性能往往決定了塔器的應(yīng)用，因此，對塔填料的研究一直十分活躍。填料塔結(jié)構(gòu)較簡單、阻力小、裝置靈活，特別是新型填料的開發(fā)應(yīng)用，顯著的提高了分離效率并基本解決了“放大效應(yīng)”問題后，使得填料塔在工業(yè)應(yīng)用上日益擴(kuò)大。近年來新型填料研究一分活躍，各種填料不斷涌現(xiàn)。新型高效填料塔取代舊有填料及部分塔板，在技術(shù)改造中已取得顯著效果(17-19。目前新型填料的開發(fā)主要還是集中在通過填料宏觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及填料表面的微觀結(jié)構(gòu)改變，以求達(dá)到改善填料的傳質(zhì)效率的效果。

 

填料塔裝填的填料種類通常需要考慮實際操作時的分離工藝要求，一般考慮以下幾個方面:

(1)傳質(zhì)效率要高，一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料;

(2)通量要大，在具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點氣速或氣相動能Y子的填料;

(3)填料層的壓降要低;

(4)填料抗污堵性能強，拆裝、檢修方便。

填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料Y子等，是評價填料性能的基本參數(shù):填料塔對填料材質(zhì)的基本要求有:傳質(zhì)效率高，要求填料能提供較大的氣液

接觸面，即要求填料具有大的比表面積，同時填料的表面還要易于被液體潤濕，因為潤濕的表面才可能是氣液接觸表面，而氣液接觸的表面才是有效的比表面積，一般而言，填料的比表面積不等于填料的有效比表面積[201;填料具有較大的生產(chǎn)能力，氣體在填料塔中壓力降小，因此要求填料層的空隙率大，不易引起液體在填料表面的偏流和溝流。此外，還要求制備填料的材質(zhì)能夠經(jīng)久耐用，具有良好的耐腐蝕性和較長的使用壽命，以及較高的機械強度和必要的耐熱性，同時取材容易，價格便宜。

1.2.3三類材質(zhì)填料的比較

工業(yè)上常用的填料種類很多按填料在塔內(nèi)的填充方式，可分為散堆填料與規(guī)整填料;按幾何形狀可分為:1環(huán)形填料，包括拉西環(huán)鮑爾環(huán)和階梯環(huán)等，2鞍形填料，包括弧鞍形填料、矩鞍形填料及環(huán)鞍形填料等，3規(guī)整填料，有格柵填料、波紋填料和絲網(wǎng)填料等;從加工填料的材質(zhì)上還可以分為陶瓷填料、塑料填料和金屬填料。下面將從制備填料材質(zhì)角度上對三種不同材質(zhì)填料加以簡述。

1.2.3.1金屬填料

金屬填料適用于真空精餾塔，處理G敏性、易分解、易緊合、易結(jié)碳的物料，金屬填料廣泛用于石化、化肥、化工、H保等行業(yè)的填料塔中。金屬填料分為金屬散堆填料(鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)、階梯環(huán)、共軛環(huán)、八四內(nèi)弧環(huán)、扁環(huán)等)和金屬規(guī)整填料(金屬絲網(wǎng)波紋填料、金屬孔板波紋填料、壓延刺孔板波紋填料、金屬網(wǎng)板波紋填料、HT 半管式規(guī)整填料)。金屬填料的優(yōu)缺點都非常明顯，其優(yōu)點在于其可以加工成各種幾何形狀結(jié)構(gòu)的填料、良好的潤濕性、耐高溫性、壓降小、金屬填料裝塔時不會破碎、便于裝卸和清理;由于其強度高，彈性模量大，因而可以使填料的壁厚加工的很薄:若制備成波紋填料，其板的厚度一般在01~15mm;而若制備成絲網(wǎng)波紋填料，國外不銹鋼絲直徑一般為016mm左右，國內(nèi)絲網(wǎng)規(guī)格不一，通常在01到025mm之間。但是金屬填料缺點是制造價格貴、加工成本高，雖說一次性投資稍大，但卻能發(fā)揮塔設(shè)備的潛在力;此外金屬填料成型工藝復(fù)雜、耐各類酸堿溶液的腐蝕性較差、使用壽命較短，一般在兩年左右。金屬填料可用多種不同的金屬材質(zhì)加工制備，一般而言，金屬填料可根據(jù)實際應(yīng)用的需要可選用不銹鋼、碳鋼、C4鎳基合金、蒙乃爾合金、鋁、青銅、鎳、鈦等金屬作為基質(zhì)制備加工填料。對不同材質(zhì)選擇時主要考慮其耐腐蝕性的問題，碳鋼材質(zhì)填料造價低，且具有良好的表面潤濕性能，對于無腐蝕或腐蝕性比較低的物系，一般給與優(yōu)先考慮使用;不銹鋼填料耐腐蝕性較強，一般能夠耐除C1以外常見物系的腐蝕，但其造價成本較高，并且表面潤濕性能相對較差，除了在某些特殊的應(yīng)用場合(如極低噴淋密度下的減壓精餾過程)才考慮使用，使用前通常需要對其表面進(jìn)行處理，以提高其表面的潤濕性，這樣不銹鋼填料才能取得良好的使用效果;對于鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料由于造價很高，一般在某些腐蝕性極強的物系下使用，使用范圍很有限。圖12為金屬散堆填料和金屬規(guī)整填料實物圖。