气体分离膜

    气体分离膜 : 是一种能把混合气体分离、富集的膜。由于不 同气体分子的大小、形状、极性等方面存在 差异,利用这一性质就可达到从混合气体中 纯化或富集所需要的气体的目的。
气体分离膜按渗透机理可分为多孔质膜 和非多孔质膜两大类。
(1) 多孔质膜 作为分离混合气体的多 孔质膜,必须具有比气体分子平均自由行程 几乎相同或比较小的细孔,而且空隙率也比 较大。实用的膜材料有三种:①氧化铝、氧化 硅系列的陶瓷材料;②聚乙烯、聚苯乙烯、聚 四氟乙烯等高分子薄膜; ③镍、铝等金属多 孔体。这些膜的制法各不相同,大致可分为烧 结法、解吸-萃取法。
(2) 非多孔质膜 非多孔质膜与多孔质 膜相比,无机材料 (金属薄膜、玻璃等) 或 高分子材料都具有渗透功能,而且,在使用 条件下都具有耐热性、耐压性、化学稳定性 等优良特性,还可以将它们制成非常薄的薄 膜。制膜的材料有许多种,按结构来分类,非 多孔质膜可分为平板型、管型、中空纤维型、 薄层薄膜型等; 按微观结构来分类,可分成 均质膜(整个膜体具有均质结构)、非对称膜、 复合膜等。如果按非多孔质膜的定义来分,液 膜也属其中。
气体分离膜已进入应用化阶段,并在继 续开发研究新工艺和新膜材料。按用途分类 主要有以下几大类。
(1) 氢、氮分离膜 如醋酸纤维素膜具 有较高的氢、氮透过速度,属于高透过型膜; 聚酰亚胺膜、聚四氟乙烯膜等,都具有耐热 (100℃)、耐压 (0.5MPa) 的特点。
(2) 水蒸汽分离膜 如水蒸汽和空气的 分离系数(透过速度比)达500的聚酰亚胺膜; 用于气体除湿的含氟聚合物膜。水蒸汽分离 膜还可用于氯化氢气体的干燥。干燥纯净的 氯化氢可用于电子工业。
(3) 空气分离膜 可分为富氧膜和富氮 膜。如氧透过系数高的聚三甲硅烷基丙炔 (PMSP)膜、氮透过系数高的聚烯烃类分离 膜、用三醋酸纤维素制成的中空纤维状膜等。
(4) Cl化学中气体分离膜 Cl化学中, 尤其是合成气(CO和H₂)化学发展很快。采 用膜分离法,可以调整合成气中H₂/CO之 比,以满足反应的需要。不仅如此,还可以从 反应后的循环气中回收H₂和CO,也能除去 酸性气体 (H₂S、CO₂等)。
用膜分离气体的优点是成本低、速度快、 操作简便,通常需要处理的气体加压以后经 过纯化或富集,产物仍保持相当高的压力,不 需要再次压缩就能直接投入使用。
近期对气体分离膜的研究开发目标是通 过优化工艺方法来制得用于分离特定气体的 膜,主要应用在空气和溶剂的分离。