預潤濕對Janus陶瓷膜制備及布氣性能的影響

裴文藝，陳子陽，趙萌，姜紅，陳日志

（南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室，江蘇 南京 210009）

微氣泡具有比表面積大、上升速率慢、氣體溶解率高等特點，可以實現物質的快速混合和高效傳質，目前已廣泛應用于能源、環境、化工及生物醫藥等行業[1-9]。常規的微氣泡發生法主要有超聲[10]、電解[11]、加壓曝氣-溶氣浮選[12]和微流控[13]等，但存在著操作過程難控、能耗高、分散效果差等局限性。膜分散技術以多孔膜材料為分散媒介，在壓力作用下，將氣相物料通過微納米孔道分散成大量微氣泡，因其可控性、節能性和高效性等優點，引起研究者的廣泛關注[14]。氣體在壓力的驅動和布氣膜通道的限域作用下到達膜表面，在聚并、分散等多種機制的相互作用下，分散形成具有復雜形態及尺寸分布的初始小氣泡。目前有關該技術的研究主要集中在從現有膜材料中篩選適宜的布氣膜元件，主要關注膜孔徑、膜通道數和操作參數對微氣泡形成、傳質及反應性能的影響[15-25]。

從氣泡尺寸控制的角度考慮，當氣泡的尺寸要求小于氣/固接觸面積時，由于氣泡尺寸取決于氣/固界面的附著力與浮力之間的博弈，此時很難通過減小膜孔徑的手段進一步減小氣泡尺寸[26]。這種情況下，膜表面潤濕性對氣泡尺寸的控制起關鍵作用[27]。采用親水膜布氣，氣泡難以黏附在膜表面，有利于氣泡快速從孔口脫離。然而，直接使用親水膜，因水會自發滲透進膜孔中填充孔隙，膜容易被潤濕，需要施加更高的氣體入侵壓力才能克服膜的泡點壓力，否則膜將成為氣流的屏障而阻礙氣體通過膜孔。具有不對稱潤濕性的Janus 膜的出現為這一問題的解決提供了可能性。已有少量研究將Janus 膜用于制備氣泡過程中。Yang 等[28]設計了一種兩側潤濕性不對稱的Janus 膜，將疏水多孔聚丙烯膜部分浸泡在聚多巴胺/聚乙烯亞胺溶液中，使其一側具有親水性。與疏水膜相比，在膜孔徑相同的情況下，氣泡尺寸從4.0mm 減小到了0.5mm；與親水膜相比，操作壓力從0.40MPa降至0.22MPa；CO2水化效率比采用疏水膜的反應器高150%。Wang 等[29]采用基于多巴胺快速沉積的噴涂方法制備了Janus 聚合物膜，與疏水膜相比提高了鼓泡效率，與親水膜相比實現了更低的跨膜壓力。上述研究關注的是Janus 有機膜的制備及在溫和水氣體系中的鼓泡行為。

相較于有機膜，陶瓷膜因其構成基質為無機材料及其特殊的微納結構特征，具有高溫下的長期穩定性、對酸堿及溶劑的優良化學穩定性、高壓下的機械穩定性以及使用壽命長等優點，為其在長期布氣過程以及高溫、高壓、有機溶劑等苛刻環境中的應用提供了契機。目前主要采用對陶瓷膜進行親/疏水改性修飾的策略來制備Janus 陶瓷膜，大體分為兩類：一類是對具有親水性的陶瓷膜進行單面疏水改性，如Wang 等[30]在親水碳化硅膜上噴涂十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）和1H、1H、2H、2H-全氟辛基三氯硅烷進行疏水改性，得到一面疏水一面疏油的Janus 碳化硅膜，用于高黏度油的乳化過程中，疏水面抑制水在膜表面擴散，疏油面有效減少膜的污染。Cui 等[31]將疏水氟烷基硅烷分子單面接枝在親水Al2O3陶瓷膜上，得到具有不對稱親疏水性的Janus 陶瓷膜，用于提高碳捕集過程中氣體的余熱回收性能。另一類則是將親水的陶瓷膜先進行整體疏水改性后再進行單面親水改性，如Cui 等[32]先用全氟辛基三乙氧基硅烷將親水陶瓷膜表面疏水改性，后用光催化降解手段來恢復膜一側的親水性，制備得到的Janus 陶瓷膜的余熱回收率比工業親水膜提高了7.44%～25.15%。Ding 等[33]先將親水陶瓷膜浸漬于HDTMS 中進行疏水改性，再將所得疏水膜暴露于O2/N2等離子體中得到了Janus陶瓷膜，用于油/水乳液的分離，Janus陶瓷膜的親水側表現出比親水陶瓷膜更出色的防污性能，疏水測可僅在重力作用下進行分離。本文作者課題組前期提出了采用不對稱化學修飾的方法對陶瓷膜進行改性，先采用十三氟辛基三甲氧基硅烷（PFTMS）與Al2O3陶瓷膜表面羥基反應來原位接枝疏水基團，制備得到具有疏水性的陶瓷膜，然后將其單面浸漬在多巴胺（DA） 水溶液中沉積獲得聚多巴胺（PDA）親水涂層，通過優化多巴胺溶液濃度和沉積時間，制備得到的具有不對稱潤濕性的Janus 陶瓷膜展現出良好的布氣性能[34]。膜層的均勻程度對于膜表面潤濕性及后續的布氣過程起著關鍵的作用。疏水膜上直接單面親水改性的過程需要多次實施，才能獲得相對均勻的親水膜層。有研究表明，疏水表面直接浸入水中，具有高表面張力的水滴被穩定的空氣層（Salvinia 層）支撐在具有高表面粗糙度和低表面能的疏水表面上[35]。這可能是影響疏水膜面上親水膜層的沉積的原因。預潤濕劑的出現，使得疏水表面更易被潤濕，光滑的多孔表面經預潤濕后幾乎對所有種類的液體都具有超捕集能力[36-40]。常用預潤濕劑是醇類，尤其是短鏈醇類[35,41]。如Liu等[35]利用乙醇作為預潤濕劑來預潤濕超疏水表面來去除Salvinia 層，這使得超疏水表面的水下氣泡接觸角從>150°開始逐漸降低，表面能也隨之降低。

本文在不對稱化學修飾法制備Janus 陶瓷膜的過程中引入不同的預潤濕劑，對經疏水改性過的陶瓷膜進行預潤濕，研究預潤濕劑的種類對Janus 陶瓷膜結構和表面性質及氣體分散性能的影響，并通過氫氧化鈉溶液快速吸收二氧化碳過程探究傳質性能的變化。

1 材料和方法

1.1 材料

片式氧化鋁（Al2O3）陶瓷膜，南京九思高科技有限公司，平均孔徑為1μm，直徑為30mm，厚度為2mm。無水乙醇，無錫市亞盛化工有限公司，純度≥99.7%。十三氟辛基三甲氧基硅烷（PFTMS），北京百靈威有限公司，純度≥96.0%。環己烷，上海申博化工有限公司，純度≥99.0%。鹽酸多巴胺，上海阿拉丁股份有限公司，純度≥96.0%。三（羥甲基）氨基甲烷，國藥控股化學試劑有限公司，純度≥99.0%。甲醇，永華化學股份公司，純度≥99.0%。正丙醇，上海麥克林化學試劑有限公司，純度≥99.0%。正丁醇，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，純度≥99.5%。環己醇，上海阿拉丁生化科技股份公司，純度≥99.0%。氫氧化鈉，廣東西隴科學股份公司，純度≥96.0%。純水，杭州娃哈哈集團有限公司。壓縮二氧化碳氣體，江蘇天鴻化工有限公司氣體分公司，純度≥99.99%。

1.2 Janus陶瓷膜布氣原位檢測裝置

用于Janus 陶瓷膜氣泡發生及原位檢測裝置如圖1所示，系統由可視化組件、高速攝像機、光源、氣體流量計、pH測量儀、數據采集系統和氣體鋼瓶組成?？梢暬M件由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制成（長×寬×高=5cm×5cm×30cm）的透明視窗和用于固定視窗及陶瓷膜片的不銹鋼組件構成。

圖1 用于Janus陶瓷膜氣泡發生及原位檢測裝置示意圖

1.3 分析測試儀器

掃描電鏡（FESEM），Hitachi S-4800，日本；白光干涉儀（CLSM），Keyence VK-1050，日本；傅里葉變換紅外光譜（FTIR），Nicolet 8700，美國；光學接觸角測量儀，DropMeterA-100P，德國；高速攝像機，Phantom?Miro?C110，美國；鏡頭，Tokina AT-X Pro Macro 100mm F2.8 D，日本；光源，LTS-2FT7070-W，中國；pH 測量儀，Eutech PCD650，新加坡。

表面水接觸角的具體測量過程如下：將樣品置于接觸角測量儀的臺面上，打開采集圖像軟件，調整滴液（純水）針頭，使其出現在圖像的中央，調節光源亮度和鏡頭焦距，直到圖像清晰。以3μL/s的推注速度，向膜面滴落3μL純水，自動采集液滴的圖像。選取液滴輪廓清晰的一幀，基于氣液固三相交界點來選取基線，描出液滴輪廓，用切線法測得表面水接觸角。水下空氣接觸角的測量過程和分析過程與表面水接觸角的類似，不同的是樣品單面浸沒在一個裝滿純水的透明容器中，親水面朝下接觸水，針頭注入空氣至膜面。更換測量位置和膜片，重復測量以獲得準確數據。

1.4 Janus陶瓷膜的制備

Janus 陶瓷膜的制備過程如圖2 所示，具體步驟下。

圖2 Janus陶瓷膜的制備示意圖

（1）Al2O3陶瓷膜的超聲清洗 配制體積比為1∶1∶1 的水、丙酮和乙醇的混合溶液為清洗液，將Al2O3陶瓷膜置于清洗液中超聲清洗30min，以去除陶瓷膜表面和內部的雜質。將清洗后的Al2O3陶瓷膜于60℃下干燥12h，并命名為CM。

（2） 陶瓷膜的疏水改性 配制濃度為0.005mol/L PFTMS的環己烷溶液，然后將陶瓷膜垂直放置于50mL 燒杯中，倒入PFTMS 環己烷溶液，在攪拌狀態下浸漬3h。取出后，分別用水、乙醇連續沖洗5min，以去除陶瓷膜表面殘留的溶液，再于60℃下干燥12h，并命名為HPB-CM。

（3）預潤濕處理疏水陶瓷膜 將HPB-CM分別浸沒在表面張力（γ）不同的預潤濕劑[乙醇（γ=22.3mN/m）、甲醇（γ=22.6mN/m）、正丙醇（γ=23.8mN/m）、正丁醇（γ=24.6mN/m）、環己醇（γ=34.4mN/m）]中負壓抽吸，至疏水陶瓷膜表面及孔道內全部充滿預潤濕劑。這些醇類物質具有較低的表面張力，能夠有效地改善材料表面的潤濕性[42-43]。

（4）單面沉積親水改性 首先將5g 三（羥甲基）氨基甲烷溶于100mL純水中，配制濃度為50g/L的Tris 緩沖溶液。再稱取一定量多巴胺（DA）溶于純水中，用Tris 緩沖溶液調節pH 至8.5，定容，配制4g/L 的DA 水溶液。將預潤濕處理后的HPBCM置于DA水溶液中單面沉積1.5h。取出后，分別用水、乙醇連續沖洗5min，以去除殘留的DA水溶液，于60℃下干燥1h，并命名為Janus-CM-z（z代表預潤濕劑：z0=無預潤濕劑，z1=乙醇，z2=甲醇，z3=正丙醇，z4=正丁醇，z5=環己醇）。

1.5 Janus陶瓷膜的布氣性能實驗

Janus陶瓷膜的親水側朝上，與液相物料接觸，疏水側朝下與氣體接觸。光源和高速攝像機安裝在可視化組件的兩側，光路相同。在可視化組件中加入500mL 純水。打開壓縮二氧化碳氣體鋼瓶閥門，調節減壓閥以控制氣體跨膜壓力，當溶液中有微氣泡逸出時記錄氣體跨膜壓力，采用高速攝像機拍攝可視化組件內氣泡群流動及分散過程。假設微氣泡為球形，通過高速攝像機配套的視頻處理軟件Phantom Camera Control（PCC）中的“兩點法”，手動測量隨機至少500個氣泡的直徑，得到氣泡的平均粒徑及分布。

為了評價Janus-CM-z 的傳質性能，在可視化容器中加入500mL NaOH 溶液（pH≈12）。將pH 測量儀的電極探頭浸入液面5cm 以下測量瞬時pH。打開壓縮二氧化碳氣體鋼瓶閥門，調節減壓閥至0.1MPa。每隔10s 測定溶液的pH 并記錄其變化，直至pH達到7。

NaOH 水溶液中CO2的化學吸收可分為3 個步驟[44-46]，如式(1)～式(3)。

吸收率可表示為式(4)、式(5)。

在反應平衡、物質平衡和電荷平衡的基礎上，提出了液體中所吸收的CO2濃度與pH 的關系[47]，見式(6)。

2 結果與討論

2.1 Janus陶瓷膜的表征

2.1.1 Janus陶瓷膜的FESEM表征

圖3和圖4分別為Janus-CM-z的表面和斷面形貌圖。從圖3中可見，隨著預潤濕劑表面張力的增加，Janus-CM-z 表面形貌越不均勻。經乙醇、甲醇、正丙醇預潤濕處理后制備的Janus-CM-z1,2,3的表面氧化鋁顆粒分明，未發現團聚現象，與HPBCM[34]和未作預潤濕處理的Janus-CM-z0表面形貌相似；正丁醇、環己醇預潤濕處理后的Janus-CM-z4,5表面形成了較大的PDA 團聚體[圖3(e)～(f)]。從圖4中可見，采用乙醇、甲醇、正丙醇來預潤濕處理后制備的Janus-CM-z1,2,3斷面的PDA 親水層厚度較均勻；正丁醇、環己醇預潤濕處理后制備的Janus-CM-z4,5的斷面PDA親水層不均勻。這是因為乙醇、甲醇及正丙醇兼具低表面張力和高水溶性的特性，一方面可以促進HPB-CM 表面的潤濕，另一方面有利于親水改性過程中PDA 的沉積，從而在膜表面和斷面形成了均勻的PDA 層。另外，預潤濕劑表面張力的降低，可以促進PDA 親水層厚度的增加。與甲醇和正丙醇相比，采用乙醇預潤濕處理制備的Janus-CM-z1的PDA 親水層最厚，厚度約為31μm[圖4(b)]。

圖3 Janus-CM-z的表面形貌圖

圖4 Janus-CM-z的斷面形貌圖

2.1.2 Janus陶瓷膜的CLSM表征

圖5為Janus-CM-z的表面三維結構圖。從圖5中可見，與Jansu-CM-z0相比，Jansu-CM-z1,2,3的顏色更為均一，可以表明Jansu-CM-z1,2,3的表面更加光滑，這主要歸因于均勻PDA層的形成[圖3(b)～(d)和圖4(b)～(d)]；Janus-CM-z4,5呈現多變的區域化色塊，這是由于有PDA的大團聚體存在[圖3(d)～(e)和圖4(d)～(e)]。

圖5 CM-PFTMS-PDA-z的表面三維形貌圖

2.1.3 Janus陶瓷膜的FTIR表征

圖6 是CM 和Janus-CM-z 的紅外吸收光譜圖。DA 在堿性環境（pH≈8.5）中會自聚合成PDA，雖然多巴胺的聚合機制尚不清楚[48]，一般認為多巴胺中兒茶酚會先氧化成醌，再參與分子內環化和各種分子間交聯反應，包括芳基-芳基偶聯反應、Michael型加成反應、Schiff堿取代反應[12,49]。從圖6中可見，Janus-CM-z0,1在1348cm-1和1307cm-1處的峰是酚羥基C—O—H 彎曲和拉伸振動，在3200～3500cm-1波段，PDA 表現為N—H 彎曲振動，由氨基官能團引起，表明膜表面覆蓋著酚羥基和胺[50-53]，這說明PDA已成功沉積在HPB-CM表面。未預潤濕和乙醇預潤濕制備得到的Janus-CM-z0,1的紅外吸收光譜圖無明顯差異，也并未發現HPB-CM中如1249cm-1處屬于CF3的拉伸振動的特征峰[34]，這也佐證了PDA均勻沉積在HPB-CM 表面。雖然Janus-CM-z5也能看出屬于PDA的部分特征峰，但峰值較Janus-CM-z0,1低，這與膜表面不均勻的PDA層有關。

圖6 CM和Janus-CM-z的紅外吸收光譜圖

2.1.4 Janus陶瓷膜表面的水接觸角表征

圖7 所示為乙醇預潤濕HPB-CM 前后的膜表面水接觸角。從圖7 中可見，乙醇預潤濕后的HPB-CM 表面水接觸角從139.1°降低至72.6°，且水滴迅速滲透進入膜內。這是因為通過負壓抽吸的方式使具有低表面張力的乙醇完全預潤濕HPBCM 膜表面及孔道后，使得原本HPB-CM 與水接觸時產生的空氣層部分被乙醇取代，同時又由于乙醇易溶于水，增強了HPB-CM 的表面潤濕性和滲透性，有利于DA 的后續沉積和PDA 的均勻形成及分布。

圖7 乙醇預潤濕前后HPB-CM表面水接觸角的變化

研究了采用不同的預潤濕劑處理的Janus-CM-z的親水側的水接觸角，結果如圖8所示。從圖8中可以看出，乙醇、甲醇、正丙醇預潤濕處理后制備的Janus-CM-z1,2,3表面呈親水性，且隨著預潤濕劑表面張力的降低，Janus-CM-z的表面親水性越強。其中，乙醇預潤濕處理后制備的Janus-CM-z1表面水接觸角最低，為32.1°，相較于未經預潤濕的Janus-CM-z0，進一步增強了表面潤濕性。這是因為低表面張力的液體易于在疏水表面潤濕，取代了HPB-CM 直接與水接觸時在膜表面產生的空氣層（Salvinia 層），增加了HPB-CM 的潤濕性，在后續DA 的沉積過程中，易于通過溶劑交換過程使DA水溶液在膜面均勻鋪展，從而有利于形成更厚且均勻的PDA 層。采用正丁醇、環己醇預潤濕處理后制備的Janus-CM-z4,5的表面潤濕狀態仍呈疏水性，這是因為兩者難溶于水且黏度較高，不易潤濕疏水陶瓷膜，與DA水溶液接觸時不但沒有改善表面的Salvinia層，反而阻礙了DA水溶液在HPB-CM表面的沉積，導致了PDA 親水層的不均勻分布，因此表面仍呈疏水狀態。

圖8 Janus-CM-z表面的水接觸角

2.1.5 Janus陶瓷膜表面的水下空氣接觸角表征

為了進一步研究Janus-CM-z 的表面潤濕性，還表征了其水下空氣接觸角，結果如圖9所示。從圖9中可見，在水溶性較好的前提下，預潤濕劑的表面張力越低，制備得到的Janus-CM-z 表面的水下空氣接觸角越大，也就越疏氣，Janus-CM-z 表面與氣體的結合力就越弱，越有利于氣體脫離膜表面形成小氣泡。其中，Janus-CM-z1的水下空氣接觸角最大，約為154.9°。

圖9 Janus-CM-z表面的空氣接觸角

2.2 Janus陶瓷膜的布氣性能

2.2.1 Janus陶瓷膜布氣產生的氣泡粒徑及分布

將Janus-CM-z 應用于水中曝氣來考察其氣體分散性能，氣泡圖及相應的氣泡尺寸及其分布結果分別如圖10 和圖11 所示。在相同的操作壓力下，與未預潤濕及采用乙醇、甲醇、正丙醇預潤濕相比，正丁醇、環己醇預潤濕處理制備的Janus-CM-z4,5產生的氣泡較大[圖10(e)、(f)]，這是由于膜兩側均呈疏水性質[圖8(e)、(f)]，氣泡難以迅速從膜面脫離，從而更容易逸出生成大泡，這與Janus-CM-z 的表面水下空氣潤濕狀態呈現同樣的規律（圖9）。與HPB-CM 相比[34]，Janus-CM-z4,5產生的氣泡有所減小，這是因為膜表面有部分親水PDA涂層的沉積。采用乙醇預潤濕處理過的Janus-CM-z1的氣泡粒徑最小，約為166μm，且氣泡尺寸分布最窄[圖11(b)]。作用在氣泡上的力可以分為上升力與表面黏附力，氣體的密度比液體的密度要低得多，故忽略氣泡重力的影響。當上升力（主要是浮力）超過阻礙氣泡脫離的表面黏附力（主要是表面張力），氣泡就會開始上升。這兩種力隨著氣泡尺寸的變化而變化。當表面水接觸角較大時，即呈現較好的水下親氣性，氣液固三相接觸線易膨脹，當氣泡形成后，由于表面張力的作用，氣泡的表面張力會迅速增大，逐漸超過氣泡所受的浮力，故氣泡越難從膜表面脫離，最終形成了較大的氣泡。相反，表面水接觸角越小，即水下空氣接觸角越大，表面張力對氣泡的約束減弱，氣泡更易受到浮力的作用，從而迅速從膜表面逸出形成小氣泡[34]。因此，氣泡尺寸受表面潤濕狀態影響，水接觸角越小/水下接觸角越大，即潤濕性越好，越有利于小尺寸氣泡的獲取[22,54-55]。此外，在實驗中還發現，與CM對應的0.2MPa的跨膜壓力相比，Janus-CM-z 所對應的跨膜壓力均顯著降低。其中，乙醇預潤濕制備得到Janus-CM-z1對應的跨膜壓力為0.06MPa，比未經預潤濕處理的Janus-CM-z0有所增大[34]，這歸因于乙醇預潤濕處理得到的Janus-CM-z1的表面更親水且親水膜層更厚[圖4(a)、(b)]。

圖10 Janus-CM-z布氣過程圖（p=0.1MPa）

圖11 Janus-CM-z氣泡平均粒徑及分布圖（p=0.1MPa）

2.2.2 Janus陶瓷膜的傳質性能

選取未預潤濕和乙醇預潤濕處理的Janus-CM-z0,1為典型樣，在0.1MPa 壓力下進行CO2化學吸收實驗，溶液pH隨CO2通氣時間的變化如圖12(a)所示。根據式(6)，將各測量點的pH轉換成CO2吸收濃度，再帶入式(5)計算體積傳質系數（kLa），將其于圖12(b)中以斜率的形式體現。采用具有不對稱潤濕性的Janus-CM 用于布氣，疏水的膜孔道和親水的膜表面使其兼有泡點壓力低和氣泡尺寸小的特點，在氣體流量和氣泡尺寸方面均占優勢，在較低的氣體流速下即可以獲得較大的傳質系數，在0.1MPa 壓力下，Janus-CM-z0和Janus-CM-z1的傳質系數分別為0.0103s-1和0.0114s-1，此時的二氧化碳氣體流速約為150mL/min。Hill等[56]采用噴射的方式，將CO2氣流噴入含有NaOH溶液的擋板反應器中，當氣體流速為200mL/min時，在混合良好的反應器中，二氧化碳的體積傳質系數kLa僅為0.0056s-1。相較于傳統的反應器，Janus-CM-z0,1應用于NaOH 吸收CO2反應的kLa提升了一倍多，這是由于通過膜分散產生的氣泡尺寸更小且數量更多，氣液相間接觸面積越大，同時氣泡停留時間越長，氣液反應越充分[57]。經乙醇預潤濕處理后的Janus-CM-z1因其分散出的氣泡尺寸較未經預潤濕處理的Janus-CM-z0更小，且數量更多，可以進一步提升Janus-CM 的傳質性能。盡管采用CM布氣產生的微氣泡尺寸也較小，在一定程度上有利于加強傳質[34]，但其所需克服的跨膜壓力較大，在0.2MPa 的操作壓力下，反應速度緩慢，體積傳質系數僅為0.0017s-1。

圖12 Janus-CM-z的傳質性能

3 結論

（1）引入水溶性較好且表面張力低的醇類對疏水陶瓷膜進行預潤濕處理，有效地增加了膜表面潤濕性，促進親水改性過程中親水層的均勻沉積。

（2）在水溶性較好的前提下，預潤濕劑表面張力的降低有利于增強膜表面的親水性。

（3）與未做預潤濕處理的Janus 陶瓷膜相比，采用乙醇預潤濕處理過的Janus 陶瓷膜制備得到的氣泡平均尺寸更小且分布更窄，傳質效果更優。

符號說明

c0，ct—— 分別為初始時間和吸收時間t的CO2濃度，mol/L

ce—— CO2的平衡濃度，mol/L

cH+—— 溶液中實時H+濃度，mol/L

cNaOH—— NaOH初始濃度，mol/L

K1，K2—— 反應(2)和反應(3)的平衡常數

kLa—— 液體體積傳質系數，s-1