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氣體分離膜 | 結(jié)構(gòu),、機理與評價 | 研究表征方法分享

貝士德 2024-12-26 | 閱讀：738

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(zhì)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(qū)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(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注度較高的復合膜的核心的三層結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)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。