气体分离膜

    气体分离膜 : 1831年J.V.Mitohell首先提出可使气体透 过的橡胶膜。这种膜是一种非多孔性膜,气体分 离膜必须是可使气体透过的膜。有孔的膜,气体 当然可以透过,但不起分离的作用,不能称为气 体分离膜。在非多孔性膜中,透过系数大的膜称 为气体透过膜。气体透过非多孔膜的机理遵从 溶质扩散理论。1866年T.Grahm提出:在膜和气 体的界面,气体按照亨利定律表示出溶解现象, 继而以费克型扩散向膜中传递,从膜的另一侧 脱附。透过非多孔性膜的气体量可用下式表示:

(1)

或

(2)

式中:Q——气体的透过量,P——气体透过系 数,l——膜厚度,p₁,p₂——分别表示膜两侧(供 气侧及透过侧)的气体分压,A——透过面积, t——总时间,D——扩散系数,S——溶解度系 数。如果为高分子膜时,P为10^-7～10^-14cm³(标 准状况)cm·cm^-2·s^-1·(1333.22Pa)^-1,即使有些 差别,所有的高分子膜均有使气体透过的性质。 所谓气体分离膜,虽无肯定的意义,但以适应P 为10^-10以上、透过速度P/l为10^-5cm³(标准状 况)·cm·cm^-1·s^-1·(1333.22Pa)^-1的膜为气体 分离膜。除透过系数、透过速度外,分离系数或 两种气体的透过系数之比也是分离膜的重要性 质。现以α_A/B表示混合气体中A、B两种气体的分 离系数,则

即可以通过供气侧A、B分压之比,与透过侧A、 B分压之比进行计算。透过系数比P_A/P_B可以用 非混合系的透过系数比求得。典型高分子膜的 气体透过系数可以从文献中查得。气体在膜中, 是通过构成膜的高分子链的链节的热运动而产 生的孔而扩散的,因此,无定形范围就是扩散范 围。硅橡胶膜是一种透过性非常大的高分子膜, 但其机械强度弱,聚碳酸酯和其他乙烯聚合物 的共聚物可弥补这一缺陷。作为气体分离膜,宜 采用滤膜那样的非对称性膜,以获得较大的透 过量。反渗透膜是一种良好的气体分离膜。某些 常见气体在醋酸纤维素膜中的透过性可从文献 中查得。气体分离膜可用于:①从天然气中分离 氦;②从合成混合气中分离氢、一氧化碳;③从空 气中分离氧、氮;④医疗用人造肺和人造皮肤。 气体分离膜与反渗透膜一样,也可组装成中空 纤维、管状和螺旋管状等。参见“反渗透膜”。