第九章气体分离膜
气体分离膜品类
气体分离膜品类1. 介绍气体分离膜是一种用于分离混合气体中不同组分的薄膜材料。
它通过选择性渗透性能，将混合气体中的组分分离出来，实现纯化和浓缩的目的。
气体分离膜广泛应用于气体分离、气体纯化、气体回收等领域，具有高效、节能、环保等优点。
2. 气体分离膜的原理气体分离膜的分离原理基于气体分子的渗透和扩散。
气体分子在薄膜材料中通过渗透和扩散的方式，根据其分子大小、极性、溶解度等特性，以不同的速率通过膜层，从而实现气体的分离。
常见的气体分离膜包括聚合物膜、无机膜和复合膜等。
聚合物膜通常由聚合物材料制成，具有良好的选择性和渗透性能；无机膜由无机材料制成，具有较高的稳定性和耐腐蚀性能；复合膜则是将聚合物膜和无机膜等不同材料组合而成，综合了各自的优点。
3. 气体分离膜的应用领域气体分离膜广泛应用于各个领域，包括能源、化工、环保、医药等。
3.1 能源领域在能源领域，气体分离膜被用于天然气处理、氢气纯化、煤气脱硫等。
例如，在天然气处理中，气体分离膜可将天然气中的甲烷、乙烷等组分分离出来，提高天然气的纯度和质量。
3.2 化工领域在化工领域，气体分离膜可以用于气体分离、溶剂回收、废气处理等。
例如，在溶剂回收中，气体分离膜可以将有机溶剂与废气中的气体分离，实现溶剂的回收利用，减少环境污染。
3.3 环保领域在环保领域，气体分离膜可以用于废气处理、二氧化碳捕集等。
例如，在二氧化碳捕集中，气体分离膜可以将二氧化碳与其他气体分离，实现二氧化碳的回收和利用，减少温室气体的排放。
3.4 医药领域在医药领域，气体分离膜可以用于气体纯化、药品生产等。
例如，在氧气纯化中，气体分离膜可以将氧气与其他气体分离，提高氧气的纯度和质量，用于医疗设备和治疗。
4. 气体分离膜的发展趋势随着科技的不断进步和应用需求的增加，气体分离膜也在不断发展和创新。
以下是气体分离膜的发展趋势：4.1 提高分离性能气体分离膜的分离性能是衡量其性能优劣的重要指标。
未来的发展趋势是提高膜材料的选择性和渗透性能，实现更高效的气体分离和纯化。
气体分离膜
温下)比较困难;表面活性较高。
气体分离膜 (3) 有机-无机杂化材料
采用有机-无机杂化复合膜,以耐高温高分子材料为分离层, 陶瓷膜为支撑层,既发挥了高分子膜高选择性的优势,又解 决了支撑层膜材料耐高温、抗腐蚀的问题,为实现高温、腐 蚀环境下的气体分离提供了可能性
采用非对称膜时,它的表面致密层是起分离作用的活性层。 为了获得高渗透通量和分离因子,表皮层应该薄而致密。实 际上常常因为表皮层存在孔隙而使分离因子降低,为了克服 这个问题可以针对不同膜材料选用适当的试 剂进行处理。 例如用三氟化硼处理聚砜非对称中空纤维膜,可以减小膜表 面的孔隙,提高分离因子。
限制,需要综合考虑才能确定。
(2)膜的厚度 膜的致密活性层的厚度减小,渗透通量
增大。减小膜厚度的方法是采用复合膜,此种膜是在
非对称膜表面加一层超薄的致密活性层,降低可致密 活性层的厚度,使渗透通量提高。
气体分离膜
(3)温度 温度对气体在高分子膜中的溶解度与扩散
系数均有影响,一般说来温度升高,溶解度减小,而
扩散系数增大。但比较而言,温度对扩散系数的影 响更大,所以,渗透 通量随温度的升高而增大。
气体分离膜的分离机理
多孔膜分离机理
非多孔膜的分离机理
多孔膜分离机理
多孔膜是利用不同气体通过膜孔的速率差 进行分离的，其分离性能与气体种类、膜 孔径等有关。其传递机理可分为努森扩散 ，粘性流扩散，表面扩散，分子筛分，毛 细管凝聚等。 1.努森扩散 2.黏性流扩散
自1980年来,利用聚合物致密膜分离工业气体的方法
急剧增长,广泛用于膜法提氢; 膜法富氧、富氮;有 机蒸气回收;天然气脱湿、提氢、脱二氧化碳和脱
硫化氢等。
(1)、氢气的回收
膜法进行气体的分离最早用于氢气的回收。典型
气体分离膜
间的碰撞作用支配
多孔膜分离机理
3.表面扩散
气体分子吸附在膜孔 壁上，在浓度差的作 用下，分子沿膜孔表 面移动，产生表面扩 散流
4.分子筛分 ❖膜孔介于不同气体分子 直径之间 ❖直径小的分子就能通过 膜孔，而大分子就被挡 住，达到分离效果
多孔膜分离机理
5.毛细管凝聚
❖ 在操作温度处于较低温度的情况下，当气体通过微孔 介质时，易冷凝组分达到毛细管冷凝压力时，孔道被 易冷凝组分的冷凝液体堵塞，从而阻止非冷凝组分渗 透，从而出现毛细管冷凝分离。
气体分离膜
寿命
选择性
气体分离膜 三要素
渗透速率
气体分离膜
(一)气体分离膜的主要特性参数
(1)渗透系数(Q)
渗透系数是单位压力单位膜面积在单位时间内透过 单位膜厚度的气体的量。其单位是cm3（STP）/（ cm2·s·cmHg）或cm3（STP）/（cm2·s·atm）。
(2) 分离系数
A/B
[ BA组组分分的的浓浓度度]透过气 [ AB组组分分的的浓浓度度]原料气
气体分离膜
(3)温度 温度对气体在高分子膜中的溶解度与扩散 系数均有影响,一般说来温度升高,溶解度减小,而 扩散系数增大。但比较而言,温度对扩散系数的影 响更大,所以,渗透 通量随温度的升高而增大。
气体分离膜的分离机理 多孔膜分离机理
非多孔膜的分离机理
多孔膜分离机理
多孔膜是利用不同气体通过膜孔的速率差
PA PA
/ /
PB PB
(3)溶解度系数(S)
气体分离膜
(二) 影晌渗透通量与分离系数的因素
(1)压力 气体膜分离的推动力为膜两侧的压力差, 压 差增大,气体中各组分的渗透通量也随之升高。但实 际操作压差受能耗、膜强度、设备制造费用等条件的 限制,需要综合考虑才能确定。
分离科学---第九章 膜分离
第九章 膜分离
溶胶-凝胶法 悬浮胶体凝胶和聚合凝胶两种途径。 能发生水解-聚合的前驱物，控制水解和
聚合的过程得到相应的结构。
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第九章 膜分离
膜的性质： (1)孔径大小与分布 (2)孔隙率 (3)表面积
14第九章 膜分离 Nhomakorabea膜的性能指标： (1)分离效率R (2)渗透通量J (3)通量衰减系数m
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小分子溶质的运动起到阻碍作用。
第九章 膜分离
分离膜和膜组件 (1)材质相态： 固体膜 液体膜 气膜
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第九章 膜分离
(2)来源： 天然 合成（无机，有机高分子） (3)膜体结构： 固膜分为致密膜和多孔膜 液膜结构完全不同。
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第九章 膜分离
(4)膜断面的物理形态： 对称膜 不对称膜（极薄表面活性层加上下部的多孔 支持层） 复合膜（不同材料膜分别制成表面活性层和 支持层）
该法制得的膜孔径为0.1-10m，孔隙率一 般较低，只有10-20%。
可采用该方法制备的膜有各种聚合物材料、 金属、陶瓷、石墨、玻璃。
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第九章 膜分离
拉伸法
在相对低的熔融温度和高应力下挤出薄膜
或纤维，聚合物分子会沿拉伸方向排列成微
区，成核，形成垂直于拉伸方向的链折叠微
晶片，冷却后在略低于熔点温度下进行第二
有关。
测定截留分子量三类标准物质：球形蛋白、带支链的多
糖（葡聚糖）、线性分子聚乙二醇等。
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第九章 膜分离
影响截留分子量的因素：
1. 溶质的形状和大小 2. 溶质与膜材料之间的相互作用 3. 浓差极化 4. 批间偏差 5. 膜孔的结构和测试条件（压力、温度、错流速度、
浓度、膜的预处理方法等）
气体分离膜的研究
气体分离膜的研究气体分离膜是一种利用膜过滤技术实现气体分离的新型分离技术。
它采用特定的材料制成薄膜，通过膜的微孔作用，实现对某种气体分子的选择性透过和排除，从而实现气体的分离纯化。
气体分离膜是一种高效、节能、环保的气体分离技术，被广泛应用于石油、化工、电子、食品等领域。
一、气体分离膜的原理气体分离膜是利用”筛分作用“实现气体分离的。
所谓筛分作用，就是通过膜材料的微孔和孔径选择性地让某种分子在膜内透过，而不让其他分子透过，从而达到分离的目的。
在具体应用中，单位面积膜材料的透气量即气体分离的效率。
二、气体分离膜的种类气体分离膜主要分为两大类：1.多孔性平膜分离气体。
多孔性平膜的优点在于孔径比较大，并且分布比较均匀，适合于分离小分子气体。
缺点是需要膜面面积比较大，单膜分离效率不高。
2.非孔径性流动膜分离气体。
非孔径性流动膜的优点在于通透性好，透气量较大。
这种膜适合于分离大分子气体，但分离效率较低。
三、气体分离膜的制备方法气体分离膜的制备方法有两种：1.浸渍法。
这种方法比较常用，常用材料是聚酰胺、聚亚麻醇酯等。
这些材料可以通过浸渍到膜载体上制成膜。
2.拉伸法。
这种方法利用弹性膜材料，在拉伸时原本的孔隙会拉长变小，这样可以让大分子气体被过滤掉，从而实现分离。
四、气体分离膜的应用领域气体分离膜的应用非常广泛，主要包括以下几个领域：1.石油化工：气态分离、C2裂解、重烃分离等领域2.食品饮料：浓缩果汁、果汁的澄清等领域3.电子：纯化氨气、光学膜、液晶显示器等领域4.环保：二氧化碳的除去、废气治理等领域五、气体分离膜的发展趋势目前，气体分离膜的应用已经越来越广泛，而且分离效率也在不断提高。
未来，气体分离膜将会向以下几个方面发展：1.新材料的应用。
目前，常用的气体分离膜材料已经满足不了某些特定的需求。
因此，未来需要开发新的气体分离膜材料，例如金属有机框架材料、纳米材料等。
2.提高进料气体的纯度。
随着气体资源的日益紧缺和气体的需求日益增长，未来气体分离膜将会更注重进料气体的纯化和分离效率的提高。
气体分离膜
气体分离膜材料1 膜的发展历史人类对于膜现象有了初步认识是在1748 年，然而认识膜的功能到被挖掘，却经历了200 多年的漫长历程，才为人类服务。
人们在近几十年来，开始对膜进行科学研究。
其发展的历史大致为：30 年代微孔过滤；40 年代透析；50 年代电渗析；60 年代反渗透；70 年代超滤和液膜；80年代气体分离；90 年代渗透汽化。
同时以膜为基础的其它离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的复合应用也日益得到重视和发展。
1979 年将气体分离推向工业化应用的基础，是孟山都（Monsanto）公司用于H₂/N₂分离的低温制氮系统（Prism）的建立。
陶氏（Dow）化学公司在1985年向市场提供以富N₂为目的空气分离器，“Generon”气体分离用于天然气、石油、化工生产等领域，大大提高了气体生产过程的经济效益。
我国从1958年研究离子交换膜开始，80年代中期我国研究的气体分离膜取得长足进步，1985 年中国科学院大连化物所首次成功研制中空纤维N₂/H₂分离器，与国外同类产品主要的性能指标接近，现已投入批量生产。
2 气体分离膜材料2.1高分子膜材料高分子膜材料一般制备简单，性能稳定，耐溶剂性能较好，而广泛的应用于膜分离领域。
用于制备气体分离膜的高分子膜材料主要有以下几种。
1）乙基纤维素EC纤维素是一种较为常见的天然高分子材料，乙基纤维素是由碱纤维素和乙基卤化物反应得到，由于EC的热稳定性好、具有较强的抗生物性能，且气体气体的渗透系数和气体渗透选择性较高，常用作空气中的氧、氮分离富集。
2）双酚A型聚砜PSF双酚A型聚砜主链上含有砜基的一种线性杂链高分子膜材料，具有优异的热稳定性、力学性质和较强的刚性及较好的化学稳定性，耐蒸汽性能好，PSF的玻化温度（Tg）为190℃。
可用于制备复合膜的支撑层，合成氨尾气回收氢，目前已得到工业化生产。
3）聚芳醚砜PES聚芳醚砜分子中含有砜基，由于其共轭效应，具有良好的抗氧化性和热稳定性，同时具有良好加工性能的醚键，不含有对耐热性、抗氧稳定性有不利影响的异丙撑基，没有-C-C-链，不含有刚性极大的联苯结构，因而具有良好的耐溶剂性能。
气体分离膜工作原理
气体分离膜工作原理气体分离膜是一种常用的分离技术，它利用薄膜材料的特殊性质，将气体混合物中的组分分离并纯化。
本文将介绍气体分离膜的工作原理，以及在工业和生活中的应用。
一、气体分离膜的工作原理气体分离膜是由具有特殊结构和性质的材料制成的。
这些材料一般被称为分离膜材料，可以是聚合物、陶瓷或金属。
在气体分离过程中，混合气体会通过膜材料，而不同成分的气体会以不同的速度通过膜材料，从而实现分离。
具体来说，气体分离膜的工作原理主要涉及两个传输过程：溶解和扩散。
首先，混合气体中的成分会溶解到膜的表面。
不同成分在膜表面的溶解度不同，从而导致浓度差异。
然后，气体成分会在膜材料中通过扩散作用，以不同速率向另一侧传递。
由于不同成分的扩散速率不同，最终达到分离的效果。
二、气体分离膜的应用气体分离膜技术广泛应用于工业和生活领域，下面将介绍其中几个主要应用。
1. 气体分离与纯化气体分离膜可以用于将混合气体中的特定成分分离和纯化。
例如，工业中常用的气体分离膜包括氧气浓缩膜、氮气浓缩膜和二氧化碳分离膜。
这些膜可以广泛应用于空分、气体净化和气体回收等领域，提高气体的纯度和回收率。
2. 膜制氢技术气体分离膜也被应用于膜制氢技术中。
这项技术可以通过分离氢气和其他气体来制备高纯度的氢气，用于燃料电池、化学加工和半导体制造等领域。
氢气分离膜需要具备高氢气通透性和选择性，以实现高效的氢气分离和纯化。
3. 气体分离与捕集气体分离膜还可用于气体分离与捕集，即将有害气体或有用气体从混合气体中分离出来。
例如，工业上利用气体分离膜来捕集二氧化碳，以减少碳排放并应对气候变化。
此外，气体分离膜也可用于分离和捕集甲烷、硫化氢等有害气体。
4. 膜反应器技术除了分离和纯化，气体分离膜还可用于膜反应器技术。
在这种应用中，气体分离膜被用作反应物与产物之间传质反应的介质。
这种技术在催化剂反应、氧化和还原反应中发挥着重要的作用，可以提高反应效率和选择性。
三、总结气体分离膜是一种重要的分离技术，在工业和生活中有着广泛的应用。
气体分离膜的分离机理-概述说明以及解释
气体分离膜的分离机理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述气体分离膜是一种重要的分离技术，它通过特殊的膜材料和适当的分离条件，实现了对气体混合物中不同成分的有效分离。
在工业和生活的许多领域中，气体的分离和纯化是一项至关重要的任务。
传统的方法如吸附、吸收和蒸馏等虽然能够实现气体的分离，但这些方法通常存在能耗高、流程复杂和成本昂贵等问题。
相比而言，气体分离膜技术具有许多优势。
首先，它是一种低能耗的分离方式，不需要加热或冷却等额外能源消耗。
其次，气体分离膜具有结构简单、操作方便和占地面积小的特点，可以很好地适应各种应用场景。
此外，气体分离膜的分离效果高、选择性好，能够实现对不同气体分子大小、极性和溶解度等差异的有效分离。
气体分离膜的应用范围十分广泛，包括但不限于石油化工、气体纯化、空分、生物医药、环境保护等领域。
例如，在石油化工行业中，气体分离膜可以用于乙烯和丙烯的分离，提高乙烯的纯度和收率。
在环境保护方面，气体分离膜可以应用于二氧化碳捕获和回收，在减少二氧化碳排放的同时节约能源资源。
本文将重点讨论气体分离膜的分离机理。
通过对气体分离膜分子结构和分离机制的深入研究，可以更好地理解膜材料在气体分离过程中的作用方式和原理。
同时，对于分离机理的探索也有助于开发设计更高效、选择性更好的气体分离膜材料，并为未来的技术发展提供指导和借鉴。
综上所述，气体分离膜技术是一项具有重要意义和广阔应用前景的分离技术。
通过深入研究气体分离膜的分离机理，我们可以更好地理解其工作原理，为气体分离膜的设计和应用提供理论基础和技术支持。
在未来的发展中，我们可以通过进一步优化膜材料和改进分离工艺，实现更高效、节能环保的气体分离过程。
1.2文章结构文章结构是论文的框架，它描述了文章的主要部分和各个部分之间的逻辑关系。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分旨在为读者提供关于气体分离膜的背景信息和研究重要性的概述。
其中，第1.1小节概述将简要介绍气体分离膜以及其在工业和环境领域的应用。
9第九章气体分离膜
第九章气体膜分离一、概述气体膜分离过程是一种以压力差为驱动力的分离过程。
在膜两侧混合气体各组分分压差的驱动下，不同气体分子透过膜的速率不同，渗透速率快的气体在渗透侧富集，而渗透速率慢的气体则在原料侧富集•1831年Mitchell研究了天然橡胶的透气性，发现了不同种类气体分子透过橡胶膜的速率不同的现象，首先提出了用膜实现气体分离的可能性。
•1866年Craham研究了橡胶膜对气体的渗透性能，并提出了现在广为人知的溶解—扩散机理。
•1950年Weller等用乙基纤维素平板膜进行空气分离，得到氧浓度为32%~36%的富氧空气。
•1954年Bubaker等发现硅橡胶膜对气体的渗透速率比乙基纤维素大500倍，具有优越的渗透性。
1965年S.A.Stern等为从天然气中分离出氦。
Pont公司首创了中空纤维膜及其Du Pont•同年美国Du分离装置并申请了从混合气体中分离氢气、氦气的专利。
Prism””气•1979年美国的Monsanto公司研制出“PrismPrism””装置采用聚砜-硅橡胶体膜分离裝置，“Prism复合膜，以聚砜非对称膜中空纤维作为底膜，在其中空纤维外表面真空涂覆一层致密的硅橡Prism””气体膜分离裝置自1980年商业胶膜。
“Prism应用以来，至今已有上百套装置在运行，用于合成氨弛放气中氢回收和石油炼厂气中氢回收气体分离膜的主要性能指标溶解度系数S：表征聚合物膜对气体的溶解能力.扩散系数D：表征由于分子链的热运动，气体分子在膜 中的传递能力。
渗透系数P=S.D用渗透仪可以测定S、D、P分离系数aij表征膜对不同气体分离能力的大小。
a ij= Pi / Pj膜材料 分离系数 a ijP He /PN2PO2/ PN2PCO2/ PN2聚二甲基硅氧烷 1.19 1.94 6.19乙基纤维素 12.0 3.31 25.6聚乙烯(低密度) 5.08 2.98 13.0聚苯乙烯 53.0 6.38 31.7聚碳酸酯 633 4.7 26.7聚氯乙烯 191 3.83 13.0醋酸纤维素 97.1 3.0 -聚丙烯腈 488 2.0 13.3二、气体分离膜的应用• 1.1. 从合成氨尾气中回收氢氢的回收率为95%--98.5% 可使合成氨产量增加5% 。
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第九章气体分离膜第一节概述气体膜分离进程是一种以压力差为驱动力的分离进程，在膜双侧混合气体各组分分压差的驱动下，不同气体分子透过膜的速度不同，渗透速度快的气体在渗透侧富集，而渗透速度慢的气体那么在原料侧富集。
气体膜分离正是利用分子的渗透速度差使不同气体在膜双侧富集实现分离的。
1831年，J.V.Mitchell系统地研究了天然橡胶的透气性，用高聚物膜进行了氢气和二氧化碳混合气的渗透实验，发觉了不同种类气体分子透过膜的速度不同的现象，第一提出了用膜实现气体分离的可能性。
1866年，T.Craham研究了橡胶膜对气体的渗透性能，并提出了此刻广为人知的溶解—扩散机理。
尽管在100连年前就发觉了利用膜实现气体分离的可能性，但由于那时的膜渗透速度很低，膜分离难以与传统的分离技术如深冷分离法、吸附分离法等竞争，未能引发产业界的足够重视。
从20世纪50年代起，科研工作者开始进行气体分离膜的应用研究。
1950年S.Weller和W.A.Steier用乙基纤维素平板膜进行空气分离，取得氧浓度为32%~36%的富氧空气。
1954年 D.W.Bubaker和K.Kammermeyer发觉硅橡胶膜对气体的渗透速度比乙基纤维素大500倍，具有优越的渗透性。
1965年S.A.Stern等为从天然气中分离出氦进行了含氟高分子膜的实验，并进行了工业规模的设计，采纳三级膜分离从天然气中浓缩氦气。
同年美国Du Pont公司初创了中空纤维膜及其分离装置并申请了从混合气体中分离氢气、氦气的专利。
气体膜分离技术的真正冲破是在70年代末，1979年美国的Monsanto公司研制出“Prism”气体膜分离裝置，“Prism”μm左右，远比均质膜薄，因此其渗透速度大大提高；硅橡胶涂层起到修补底膜皮层上的孔缺点的作用，以保证气体分离膜的高选择性。
“Prism”气体膜分离裝置自1980年商业应用以来，至今已有上百套装置在运行，用于合成氨弛放气中氢回收和石油炼厂气中氢回收。
膜分离技术具有能耗低、操作简单、装置紧凑、占地面积少等优势，因此氢分离膜、富氧、富氮膜接踵研制成功，并应用于市场，有力地增进了气体膜技术的进展。
其应用愈来愈普遍，对它的研究也日趋深切。
第二节气体分离膜材料气体膜分离的关键是气体膜分离器，而膜材料的好坏决定着气体膜分离器的分离性能、应用范围、利用条件和寿命。
依照其化学组成，气体分离膜材料可分为高分子材料、无机材料和有机—无机杂化材料三大类。
一、高分子材料在气体分离膜领域，初期利用的膜材料要紧有聚砜、纤维素类聚合物、聚碳酸酯等。
上述材料的最大缺点是或具有高渗透性、低选择性或具有低渗透性、高选择性，使得以这些材料开发的气体分离器的应用受到了必然限制，专门是在制备高纯气体方面，受到变压吸附和深冷技术的有力挑战。
为了克服上述缺点，拓宽气体分离膜技术的应用范围，发挥其节能优势，研究人员一直在踊跃开发兼具高透气性和高选择性、耐高温、耐化学介质的新型气体分离膜材料，聚酰亚胺、含硅聚合物、聚苯胺等确实是最近几年开发的新型高分子气体分离膜材料。
（一）聚酰亚胺许多研究结果说明，很多含氮芳杂环聚合物同时具有高透气性和高选择性，是气体膜分离的理想材料。
其中，尤以聚酰亚胺的综合性能最正确，聚酰亚胺是一类环链化合物，是由芳香族或脂肪环族四酸二酐和二元胺经缩聚取得的芳杂环高聚物，这种分离膜材料具有透气选择性好、机械强度高、耐高温、耐化学介质，可制成高通量的自支撑型不对称中空纤维膜等特点。
80年代中期，日本宇部兴产公司开发了联苯型共聚酰亚胺气体膜分离器，它的耐压能力、抗化学能力和利用寿命均比以往的气体膜分离器好得多，可在15MPa和150℃的条件下长期利用，对各类杂质如氨、硫化氢、二氧化硫、水和有机蒸汽等均有较高的稳固性，宇部气体分离器已成功地用于各类工业尾气中氢气的回收、气体除湿和有机蒸汽脱水等工业进程。
稍后，美国杜邦公司又开发了用于空气富氮的含氟聚酰亚胺气体膜分离器。
科研工作者对聚酰亚胺的结构与气体分离性能进行了普遍研究。
芳香族二酐是聚酰亚胺的大体组成原料之一，二酐单体的结构转变必将引发芳香族聚酰亚胺的结构转变。
部份芳香二酐和芳香二胺单体的化学结构如图9-1所示。
芳香二酐单体结构对所形成的聚酰亚胺气体分离性能的阻碍如表9-1所示。
图9-1 部份芳香二酐和芳香二胺单体的化学结构自由体积和链段及侧基局部运动是阻碍聚酰亚胺气体分离性能的要紧因素，高分子链段及侧基的局部运动能力可用次级玻璃化温度(Sub-Tg)来衡量，而聚酰亚胺的次级玻璃化温度又正比于玻璃化温度，因此，聚酰亚胺链段及侧基的局部运动能力也可间接地用玻璃化温度来衡量。
由表9-1可见，由于自由体积和链段及侧基局部运动能力的不同，由不同二酐合成的ODA型或MDA型聚酰亚胺的透氢系数能够相差一个数量级，透氧系数相差两个数量级；H2/N2选择性相差约5倍，O2/N2选择性相差近4倍，可见二酐结构对聚酰亚胺气体分离性能的阻碍是超级大的。
尽管聚酰亚胺膜具有专门好的选择性，但大多数分子链刚性大，透气性差。
另一方面，许多聚酰亚胺材料溶解性能差，无法溶解配成溶液以纺制成能有效化的中空纤维膜。
为了改善聚酰亚胺的溶解性和膜的透气性，能够采纳在分子水平上设计其单元结构的方式，通过挑选单体或合成新的二酐和二胺和聚合反映条件的操纵，制备出透气性与选择性俱佳的膜材料。
（二）含硅聚合物有机硅是具有良好前景的高分子膜材料，已开发出许多有效化或优秀的分离膜。
专门是在气体分离方面，有机硅膜材料的研究和开发一直是一个热点。
有机硅的Si—O键能比C—C键高，Si—C键与C—C键的键能差不多(Si—O＝106；Si—C＝78；C—C＝83kcal／mol)，且具有负离子性(电负性Si=1.8；C＝2.5；O＝3.5)。
这些给予了有机硅材料耐热、不易燃、耐电弧性。
另外，硅原子体积较大，空间自由体积大，聚硅氧烷链状分子的主体结构呈螺旋状，分子间作使劲小，内聚能密度小，这些致使其具有较疏松的结构。
再有，从结构上看，这种高分子属半无机、半有机结构的高分子，兼有二者的特性，具有许多专门性能，是目前气体渗透性能较好的高分子膜材料。
表9-1芳香二酐单体结构对所形成的聚酰亚胺气体分离性能的阻碍1．聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷(PDMS)是指在硅原子上带有甲基,其CH3/SiPDMS的比值近于2，由硅和氧原子重复交替组成份子主链的有机硅聚合物的总称。
它是由二甲基硅氧烷的环状四聚体（D4）八甲基环四硅氧烷或环状三聚体（D3）六甲基环三硅氧烷聚合制备的，也可由二氯二甲基硅烷直接水解缩聚而得。
反映时加六甲基二硅氧烷封端基，以调剂分子量。
纯聚二甲基硅氧烷是线性聚合物，机械强度很差，用作膜材料时需将其交联以提高机械性能。
交联常采纳化学交联（过氧化物）或辐射交联，也可在聚合物中加入少量三官能团单体CH3SiCl3作为交联点。
由于Si—O—Si键角可在专门大的范围内变更(130º~160º)，使直链聚硅氧烷的分子链高度卷曲，并有螺旋形结构，分子间的作使劲又十分微弱，使PDMS膜材料的气体扩散系数值比其它高分子材料大。
聚二甲基硅氧烷是目前工业化应用中透气性最高的气体分离膜材料之一。
美国、日本已成功地用PDMS及其改性物制成了富氧膜，如Monsanto和UOP 公司用交联的PDMS涂于多孔膜上制成复合分离膜。
可是由于PDMS分子链间的内聚能密度较小，用PDMS制成的中空纤维膜厚度最薄也只能达到10μm，目前的研究重点是引入基团对PDMS进行改性，以增加高分子链间的内聚能，并达到提高选择性的目的。
对PDMS的改性方式有侧链改性和主链改性两种：侧链改性是用较大或极性基团取代PDMS侧链上的-CH3；主链改性是通过共聚法在PDMS主链一Si一O一上增加较大的基团，或用—Si —CH 2—刚性代替—Si —O —柔性主链。
不管是侧链改性仍是主链改性都将提高聚合物的玻璃化温度T g 和链段堆砌密度。
目前对PDMS 以主链改性为主，侧链改性的热点是设法使PDMS 侧链上接上羧乙基，如聚2—羧乙基甲基硅氧烷(PCMC)，与PDMS 按4：1～1：1的比例熔融共混制膜，其氧的渗透系数为3×10-8cm 3(STP)cm/cm 2·s·Pa ，而22/N O 可达3.9，更要紧的是它能够取得超薄化的膜，从而大大提高了渗透速度。
2．聚三甲基硅—1—丙炔聚三甲基硅—1—丙炔(PTMSP)是一种玻璃态聚合物(g T >200℃)，比橡胶态聚二甲基硅氧烷的氧气渗透系数高近10倍。
由于PTMSP 主链为单双键交替结构，侧链三甲基硅烷形成一种较大的球状体，其分子链间隙大而疏松，聚合物中有大量处于非松弛区域的自由体积，对气体的溶解度系数和扩散系数高，因此为目前气体渗透性最好的聚合物之一。
PTMSP 的缺点是它的高透气性随时刻和热历史而衰减。
这可能是由于长时刻受热，聚合物发生松弛，使大分子排列趋向紧密，自由体积减少，或是由于间隙部份吸附了空气中的有机溶剂，和主链的双键发生氧化或其它反映改变了其原有特性等缘故。
这些问题阻碍了其有效化的进程。
近来为了解决这一问题，许多学者进行了大量的研究，如加入低挥发性材料、氟化、溴化、等离子体辐射、紫外光照射、与其它单体共聚、与其它聚合物共混等方式。
（三）聚苯胺最近几年来研究说明，具有共轭大π键结构的导电聚合物也具有优良的气体分离性能，其中以聚苯胺最为突出。
聚苯胺膜在搀杂的进程中除电导率有转变外，其气体分离性能也有奇异的转变。
其气体选择分离系数陡然增加，尤其以二次搀杂态聚苯胺膜最为显著，其中氢氮分离系数、氧氮分离系数和二氧化碳甲烷分离系数最高别离可达3590、30和336 (见表9-2)，比聚酰亚胺膜还高，只是聚苯胺膜的透气系数还不高，其中透氢系数和聚酰亚胺相当、透氧系数和透二氧化碳系数要小数倍。
表9-2 几种二次搀杂态聚苯胺膜的透气性能的膜的气体在标准状态下的毫升数的十亿分之一，即 1 Barrer=10-10ml(STP) •cm/(cm2•s•cmHg)，1cmHg=1333Pa。
尽管膜材料相同，但不同的研究者的研究结果有专门大的差距(表9-2)。
氢氮分离系数最大的有3590，而最小的只有150.8；二氧化碳甲烷分离系数也是从336到78.1不等，只有氢氧分离系数相差不大。
如此大的不同除与各自合成或选用的聚苯胺的相对分子质量和相对分子质量散布不同之外，还与各自的成膜工艺如成膜时刻、成膜温度、成膜液组成及浓度等紧密相关，因为它将致使膜的二次结构产生庞大不同，而这一不同又将致使膜在搀杂和去搀杂进程中的搀杂度的不同。
例如，Anderson和Mattes等先利用四氢呋喃(THF)将聚苯胺溶胀，再利用N—甲基吡咯烷酮(NMP)配成必然浓度的溶液浇铸所得的聚苯胺膜，都具有较大的气体分离选择系数。