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氣體分離膜 | 結構,、機理與評價 | 研究表征方法分享

貝士德 2024-12-26 | 閱讀：1524

上一個視頻我們在聊CCUS時提到,，氣體分離的方法主要分為吸附法和膜法,，BSD-MAB為吸附法氣體分離評價裝置，而BSD-MAB&M為“吸附法+膜法”氣體分離評價裝置,。（相關閱讀 CCUS技術 | 碳捕集/利用/封存 | 研究表征方法分享）

吸附法,，大家比較熟悉，像GC氣相色譜,，就是一個最常見的吸附法分離裝置,，混合氣體經(jīng)過色譜柱或穿透柱，在柱端出口各個組分得到分離,。而“膜法”,，對其熟悉的科研人員并不多，我們來聊一下“膜法”氣體分離的核心關鍵“氣體分離膜”,。

我們先認識一下氣體分離膜,，對其有個直觀感受。這兩種實驗室大家常用到的氣體管路,，就是可以認為是氣體分離膜,。

我們先認識一下氣體分離膜，對其有個直觀感受,。這兩種實驗室大家常用到的氣體管路,，就是可以認為是氣體分離膜。

PU管,，這種管路可以選擇性的讓空氣中的水蒸氣透過,，而氮氧無法通過，即使管路內(nèi)部是高壓的高純氣體,，空氣中的水蒸氣也可以源源不斷的透過管壁進入管路內(nèi)部,，而造成高純氣體被污染，是不是很神奇,？

聚四氟乙烯管,，這種管路可以讓氫氣透過，管路內(nèi)即使氫氣壓力低于大氣壓,，氫氣也可以源源不斷的滲透到大氣,，發(fā)生氫泄漏。

以上兩種情況都屬于特定氣體的滲透現(xiàn)象,，注意不是漏氣,，而這種現(xiàn)象，也造成了實驗室自搭裝置容易出現(xiàn)氣體不純的重要原因，在氣體性質不確定時,，建議使用不銹鋼管,。

我們說回氣體分離膜。

通過以上兩個例子,，讓我們了解到這種“反向壓力下”的氣體流動,，其實就是膜法氣體分離現(xiàn)象。

那么,，膜法氣體分離的機理是什么呢,？

即在分壓差或濃度差驅動下的氣體滲透。

大家注意是“分壓差”或“濃度差”,，而不是“總壓差”,，這也就是為什么氣體會選擇性“反壓力流動”，也就是說,，氣體分離的核心機理不是日常見到的在氣壓力差下的氣體流動，而是在分壓差或濃度差下的氣體滲透,。

那么了解了該機理,，假如我們是氣體分離膜的研發(fā)設計人員，如果讓我們來開發(fā)設計氣體分離膜,，我們該注意什么呢,？

如果說我們需要在施加一定的總壓力，通過增加分壓差或濃度差來提高氣體分離效率,，就需要氣體分離膜具有一定的強度,，那么我們則可以將滲透分離層負載在支撐層上，即我們需要支撐層,。

另外,，增大氣壓差會增加能耗，另外對分離膜的強度要求較高,，那么,，還有一種增加分離效率的方法，可以避免這兩個問題,，那就是設計增加選擇性吸附富集層,。通過多孔材料的選擇性吸附，增大膜高濃度側待分離組分的濃度,，大幅增加膜兩側的濃度差,，從而大幅提升分離效率。

以上就是氣體分離膜受關注度較高的復合膜的核心的三層結構,。到這里,，我們就對氣體分離膜有了一個基礎的了解。

那么以上三層結構的分析測試評價相關的儀器有哪些？ “吸附富集層”性能的表征包括吸附容量（BSD-660M）,、吸附動力學性能（BSD-VVS&DVS）,、選擇吸附性能（BSD-MAB）等；“滲透分離層”性能的表征包括氣體分離膜選擇性,、滲透壓,、滲透速率等（BSD-MAB&M）；“支撐層”性能的表征包括通孔孔徑（BSD-PB）,、氣體通量及氣體滲透率等,。

希望該內(nèi)容能夠給各科研人員提供參考，如果有關心的問題或話題,，可以留言討論,，歡迎交流，批評指正,。