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氣體分離膜 | 結(jié)構(gòu),、機(jī)理與評(píng)價(jià) | 研究表征方法分享

貝士德 2024-12-26 | 閱讀：1778

上一個(gè)視頻我們?cè)诹腃CUS時(shí)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(píng)價(jià)裝置,，而BSD-MAB&M為“吸附法+膜法”氣體分離評(píng)價(jià)裝置,。（相關(guān)閱讀 CCUS技術(shù) | 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(gè)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(gè)組分得到分離,。而“膜法”,，對(duì)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(guān)鍵“氣體分離膜”,。

我們先認(rèn)識(shí)一下氣體分離膜，對(duì)其有個(gè)直觀感受,。這兩種實(shí)驗(yàn)室大家常用到的氣體管路,，就是可以認(rèn)為是氣體分離膜,。

我們先認(rèn)識(shí)一下氣體分離膜,，對(duì)其有個(gè)直觀感受,。這兩種實(shí)驗(yàn)室大家常用到的氣體管路,，就是可以認(rèn)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(wú)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(jìn)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(shí)驗(yàn)室自搭裝置容易出現(xiàn)氣體不純的重要原因,，在氣體性質(zhì)不確定時(shí),，建議使用不銹鋼管。

我們說回氣體分離膜,。

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

那么,，膜法氣體分離的機(jī)理是什么呢？

即在分壓差或濃度差驅(qū)動(dòng)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(huì)選擇性“反壓力流動(dòng)”,，也就是說,，氣體分離的核心機(jī)理不是日常見到的在氣壓力差下的氣體流動(dòng)，而是在分壓差或濃度差下的氣體滲透,。

那么了解了該機(jī)理,，假如我們是氣體分離膜的研發(fā)設(shè)計(jì)人員,，如果讓我們來開發(fā)設(shè)計(jì)氣體分離膜,，我們?cè)撟⒁馐裁茨兀?nbsp;

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?dú)怏w分離膜具有一定的強(qiáng)度,，那么我們則可以將滲透分離層負(fù)載在支撐層上，即我們需要支撐層,。

另外,，增大氣壓差會(huì)增加能耗，另外對(duì)分離膜的強(qiáng)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(gè)問題,，那就是設(shè)計(jì)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(cè)待分離組分的濃度,，大幅增加膜兩側(cè)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(guān)注度較高的復(fù)合膜的核心的三層結(jié)構(gòu),。到這里,，我們就對(duì)氣體分離膜有了一個(gè)基礎(chǔ)的了解,。

那么以上三層結(jié)構(gòu)的分析測(cè)試評(píng)價(jià)相關(guān)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(dòng)力學(xué)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(guān)心的問題或話題,，可以留言討論,，歡迎交流，批評(píng)指正,。