摘要：朋友们！如今，空调和制冷设备可是我们生活中的常客，但你知道吗？那些常用的氢氟烃（HFC）制冷剂正面临着被淘汰的命运。这是为啥呢？因为它们对全球变暖的影响太大啦！今天，咱就来深入了解一种能解决这个问题的新技术——用氟聚合物涂层中空纤维膜分离和回收氢氟烃制冷剂混合
嘿，朋友们！如今，空调和制冷设备可是我们生活中的常客，但你知道吗？那些常用的氢氟烃（HFC）制冷剂正面临着被淘汰的命运。这是为啥呢？因为它们对全球变暖的影响太大啦！今天，咱就来深入了解一种能解决这个问题的新技术——用氟聚合物涂层中空纤维膜分离和回收氢氟烃制冷剂混合物——《Separation and recycling of hydrofluorocarbon refrigerant mixtures with fluoropolymer-coated hollow fiber membranes》发表于《SCIENCE ADVANCES》。
*本文只做阅读笔记分享*
一、研究背景
在2023年夏天，波斯湾地区的温度那是高得吓人，都超过65°C了，这都快接近人类能承受的极限啦。随着温度的升高，对空调和制冷设备的需求那是蹭蹭往上涨。预计到2050年，全球空调数量会从现在的16亿台增加到56亿台，这意味着啥？意味着未来26年里，每秒钟得卖出5台空调呢！不过，制冷剂虽然能给我们带来清凉，但它对环境的危害也不小。很多HFC制冷剂的全球变暖潜能值（GWP）比二氧化碳高好多，有的甚至高达4000倍。所以，美国出台了《美国创新与制造法案》，国际上也有《蒙特利尔议定书》的基加利修正案和欧盟的F-Gas法规等，都要求在未来二十年内逐步减少制冷剂的生产。
那怎么解决这个问题呢？现在的关键是要把低GWP的HFCs，比如二氟甲烷（HFC-32）从回收的制冷剂中分离出来，这样才能满足需求，实现制冷剂的循环利用。目前的分离技术，像蒸馏法，对于那些形成共沸物的制冷剂混合物就不太管用了。而且，虽然有一些替代品，像HFO制冷剂，它们的GWP确实低，但很多不能直接用在现有的设备里。所以，开发新的高效分离技术迫在眉睫。
二、实验材料与方法
选用了无定形全氟聚合物PBVE-co-PDD，它在气体分离方面可有不少优势。它化学稳定性和热稳定性都很棒，能用氟化溶剂进行溶液加工，而且和其他玻璃态聚合物相比，它抗塑化和物理老化的能力也很强。对于中空纤维支撑材料，选的是聚丙烯（PP），为啥呢？因为它的表面化学和孔径很合适，在之前的研究中也常被用来制作复合气体分离膜。
在实验过程中，先制备了不同浓度的PBVE-co-PDD聚合物溶液，用的溶剂是全氟辛烷（PFO）。然后，仔细测量了这些溶液的密度、表面张力和粘度等物理性质，根据这些数据建立了涂层厚度与涂层速度和聚合物浓度之间的关联式。
有了这个关联式，我们就能用卷对卷涂层装置在PP中空纤维上涂覆聚合物啦。涂完之后，再把纤维通过112°C的管式炉，把溶剂蒸发掉，这样就制成了复合中空纤维膜（HFM）。
最后，用这些HFM模块进行了R-410A分离实验。在实验中，用质量流量控制器控制R-410A的进料流量，进料在HFM的壳侧，渗透物从管侧出来，剩下的就是截留物。通过质量流量计和HidenQGA质谱仪，能测量进料、渗透物和截留物的流量和组成，进而计算出渗透率、选择性、回收率和切割率等关键参数。
三、实验结果
先看聚合物性能，研究了PBVE-co-PDD共聚物对R-410A中HFC-32和HFC-125的渗透、溶解和扩散性能。随着PDD含量的变化，这些性能也在变化。在50%PDD时，扩散选择性达到最高；在95%PDD时，HFC-32的渗透率最高；而整体选择性在50%PDD时最大。而且，扩散选择性在整个分离过程中起主导作用。在实际测试中，50mol%PBVE-50mol%PDD聚合物对R-410A分离时，能使HFC-32的纯度达到99+mol%，这说明PBVE-co-PDD聚合物在制冷剂分离方面很有潜力。
再看工艺放大方面，开发的涂层装置能在中空纤维上涂覆均匀的聚合物层，通过前面建立的关联式，能够准确地控制涂层厚度。
在对R-410A进行分离实验时，在膜面积为7.3cm²、进料速率为10.0SCCM、进料压力为0.967 bar的条件下，单级就能实现95mol%HFC-32的纯度。
还研究了流量和压力对分离效果的影响，发现增加压力和降低流量都能提高阶段切割率和回收率，但较高的进料流量能获得更高的HFC-32渗透物纯度。另外，模块在测试的压力范围内没有出现塑化现象。
四、研究意义
开发的中空纤维复合涂层装置能够生产出用于HFC分离的无缺陷纤维，而且相关的关联式和系统可以帮助制造商生产商业规模的制冷剂分离模块。PBVE-co-PDD聚合物在制冷剂分离方面的应用潜力，对于制冷剂回收商和设备制造商来说意义重大。它为解决制冷剂分离和回收问题提供了新的途径，有助于推动制冷剂行业朝着更环保、可持续的方向发展。
五、一起来做做题吧
1、许多氢氟烃（HFC）制冷剂被逐步淘汰的主要原因是
A. 制冷效果不佳
B. 全球变暖潜能值（GWP）高
C. 生产成本过高
D. 供应短缺
2、目前用于制冷剂分离的技术不包括以下哪种
A. 萃取蒸馏
B. 多孔材料
C. 生物降解
D. 膜分离
3、PBVE - co - PDD 聚合物对 R - 410A 中 HFC - 32 和 HFC - 125 的整体选择性在时最大。
A. 30% PDD
B. 50% PDD
C. 70% PDD
D. 95% PDD
4、在 R - 410A 分离实验中，以下哪种情况会使阶段切割率和回收率提高
A. 降低压力和增加流量
B. 增加压力和增加流量
C. 降低压力和降低流量
D. 增加压力和降低流量
5、与其他材料相比，选择聚丙烯（PP）作为中空纤维支撑材料的原因不包括
A. 表面化学合适
B. 孔径合适
C. 价格低廉
D. 常用于复合气体分离膜
参考文献：
Abby N. Harders et al. Separation and recycling of hydrofluorocarbon refrigerant mixtures with fluoropolymer-coated hollow fiber membranes. Sci. Adv.11, eadp7414(2025).
来源：知识泥土六二三
