第八章气体分离膜
生物工业下游技术 第八章 膜的分离过程
1—CP/CB
CP
截断分子量：相当于一定截留率（90%以上）的最小 被截留溶质的分子量。
影响截留率的因素
• • • • • 溶质分子的大小 分子的形状 吸附作用 其他高分子溶质的影响 温度、pH、离子强度等
四、膜的使用寿命
1.膜的压密作用 在压力的作用下，膜的水通量随运行 时间的延长而逐渐降低，膜外观厚度减少， 膜由半透明变为透明。 影响因素：操作压力和温度。
醋酸纤维膜的处方
• 浇铸液：
醋酸纤维素 25% 丙酮 45% 甲酰胺 30%
• 沉淀剂：水 • 操作条件：浇铸温度 凝胶浴温度 退火温度 退火时间
20℃ 1℃ 78℃ 10min
缺点：
• 制膜的重演性很差 • 不对称膜易压密
2.烧结法
• 取颗粒大小一定的膜材料细粉置于一定的 模具内，严格控制温度和压力，使细粒子 的表面由软变熔，进而互相粘结而形成多 孔体，最后经机械加工即得。 • 有平整不易变形和耐高温的优点。
2. 中空纤维式 • 保留体积小;
• 单位体积中所含过滤面积大;
• 可以逆洗;
• 料液需要预处理;
• 单根纤维损坏时，需调整整个模件。
3.螺旋卷绕式 • 单位体积中所含过滤面积大； • 换新膜容易； • 料液需要预处理； • 压降大； • 易污染，清洗困难。
4.平板式
• 保留体积小，操作费用低的压力降，液流
4.膜污染
• 一种是附着层，由料液中悬浮物堆积于膜 面，由溶解性的有机物粘附和溶解性的无 机物生成的水垢积附、胶体物质和微生物 等吸附于膜面； • 另一种是堵塞，是微细粒子或小分子溶质 吸附、积累在膜表面或膜孔中结晶沉积所 致。
减轻膜污染的方法
• 料液的有效预处理 • 改善膜的表面性质和电荷性 • 改变操作条件
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
第八章膜分离案例
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• 膜溶剂： • 成膜的基体物质、一般为水或有机溶剂。
表面活性剂：降低液膜的表面张力，对液膜 的稳定性、渗透速度、分离效率和膜的重复使 用有直接影响。
流动载体：选择性迁移指定溶质或离子，常 为某种萃取剂。
24
液膜分离的优点
（１）分离过程中没有相变化，他不需要使液体 沸腾，也不需要使气体液化。因而是一种低能 耗，低成本的分离技术。
48
在一定的温度压力下，纯水的化学位为
m0 (T , P1 )
而盐水的化学为 m(T ,=P1 ) m+(0TR, PT1 )lna
纯水的活度为1，而溶液中水的活度一般小于1，
∴RTlna＜0
∴
m ＜ (T ,P1 )
m0 (T , P1 )
Hale Waihona Puke 纯水的化学位大于溶液中水的化学位，所以
引起纯水向溶液方向渗透，并不断增加溶液侧的压力。
41
通量衰减系数：由于过程的浓差极化、膜的压 密以及膜孔堵塞等原因，膜的渗透通量随时 间衰减，可用下式表示： Jθ=Joθm
Jo—初始时间的渗透通量，[kg/ m2.h(s)]； θ—使用时间，h(s)； Jθ—时间θ时的渗透通量，[kg/ m2.h(s)]； M—衰减系数。
42
11.4 膜组件
③ 工业废水的处理；
（２）元素的分离，富集；
（３）金属，物质的分离，回收；
（４）气体分离；
（５）其他方面；
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液膜分离装置
• （１）乳化液膜分离 • ①制备乳液 • ②液膜萃取 • ③破乳 • （２）隔膜含浸型液膜
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• 乳化液膜和支撑 液膜 分离机理：
气体膜分离原理
气体膜分离原理(总1页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
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气体膜分离原理：
两种或两种以上的气体混合物通过高分子膜时，由于各种气体在膜中的溶解和扩散系数的不同，导致气体在膜中的相对渗透速率有差异。
在驱动力——膜两侧压力差作用下，渗透速率相对较快的气体，如水蒸汽(H2O)、氢气(H2)、二氧化碳(CO2)和氧气(O2)等优先透过膜而被富集；而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷(CH4)、氮气(N2)和一氧化碳(CO)等气体则是在膜的滞留侧被富集，从而达到混合气体分离的目的。
气体分子在高分子膜表面遵循下列公式中描述的溶解-扩散渗透原理进行气体的分离。
气体分离膜产品应用领域：
气体分离膜技术作为全球最先进的气体分离技术，在各个领域已经得到了广泛的应用。
目前主要应用领域有：
·O2/N2———————空气分离（富氮、富氧）
·CO2/CH4——————沼气、天然气脱碳、三次采油中CO2分离
·H2/(N2、CO、CH4)——化学工业、石油精炼等H2回收，高纯H2
·H2O/Air——————空气脱湿
·H2O/（VOC）————有机蒸汽脱水（醇类、酮类等）
2。
气体膜分离
气体分离膜发展概述
1. 气体膜透过性的研究始于1829年，人类对
气体膜分离过程的研究开发走过了漫长而又 艰辛的历程。 2. 1831年，英国人J. V. Mitchell系统地研究了 天然橡胶的透气性，首先揭示了膜实现气体 分离的可能性。由于未找到合适的膜结构， 从而未能引起重视；
气体分离膜发展概述
（2） 扩散系数（D） 用渗透气体在单位时间内透过膜的气体 体积来表示。它随气体分子量的增大而减小。
（3）分离系数 它标志膜的分离选择性能。
A/B
A组分的浓度 ' [ B组分的浓度 ]透过气 p'A /pB A组分的浓度 ＝ ［B组分的浓度］ p A／pB 原料气
（4）溶解度系数S 表示膜收拢气体能力的大小。 它与被溶解的气体及高分子种类有关。
气体分离膜的主要特性参数
（1）渗透系数Q 表示气体通过膜的难易程度，是体现膜 性能的重要指标。它因气体的种类、膜材料的化学组成和分 子结构的不同而异。当同一种气体透过不同的气体分离膜时， Q主要取决于气体在膜中的扩散系数；而同一种膜对不同气 体进行透过时，Q的大小主要取决于气体对膜的溶解系数。 单位： cm3(STP) cm/(cm2 s Pa) Q值一般10-8～10-14
膜分离系统的核心部件是一构型类似于管壳式换 热器的膜分离器，膜分离器内的中空纤维管是一种 高分子聚合物，中空纤维管对氢气有较高的选择性， 靠中空纤维内，外两侧分压差为推动力，通过渗透， 溶解，扩散，解吸等步骤而实现分离。数万根细小 的中空纤维丝浇铸成管束而置于承压管壳内。混合 气体进入分离器后沿纤维的一侧轴向流动，“快气” 不断透过膜壁而在纤维的另外一侧富集，通过渗透 器出口排出，而滞留气则从与气体入口相对的另一 端非渗透气出口排出。
(完整word版)气体分离膜的制备及应用
1．膜制备技术：相转化法2．原理：所谓相转化法,就是将均相的高分子溶液由外力变成两相系统,一相为高分子浓度较高形成膜结构的固相，一相是高分子浓度较稀薄形成孔洞的液相。
因此相分离程序是相转换法的核心,而操作相分离的参数主要是由热力学和动力学控制。
热力学是由平衡状态下的相图来预测相分离产生,而动力学可以推论成膜的速率。
利用铸膜液与周围环境进行溶剂、非溶剂传质交换,原来稳态溶液变成非稳态而产生液液相转变,最后固化成膜.一般来说，环境因素对相转化法成膜影响较大，所以采用此法必须严格控制好环境条件.3．实例：一．致密皮层非对称气体分离膜的制备【1】以湿相转化法制备出分离性能优良的致密皮层非对称气体分离膜；建立了醋酸纤维素—丙酮-甲醇三组分制膜体系,所制得的致密皮层醋酸纤维素非对称气体分离膜,在室温、0。
5MPa 进气压力下，该膜对的分离系数30,透气速率可达1。
8（STP)/·s·Pa；扫描电镜图显示该膜表层致密、超薄（约200nm）、支持层疏松，为理想结构的非对称气体分离膜。
实验部分：①材料和试剂：醋酸纤维素CA：Eastman 398—3，使用前80度下烘干24h ,干燥器中冷却,备用；丙酮、甲醇：分析纯,南开大学分校特种试剂实验厂；正已烷:分析纯，天津市化学试剂二厂；二氧化碳:天津酒精厂；甲烷：北京分析仪器厂，纯度99。
99 %。
②膜的制备：丙酮或与甲醇混合溶剂中加入CA，室温下混合,待全部溶解后, 经压滤、脱泡, 静置备用。
将制膜液在玻璃上刮成膜，控制厚度约100μm ,在环境温度约25 ℃，相对湿度55 %的条件下,经过一定时间的自然蒸发,浸入甲醇中凝固,之后用正已烷交换膜中的甲醇,最后在空气中自然挥发制成干膜。
二.相转化法制备PVDF 超滤膜【2】相转化法制膜工艺简单，操作方便,膜结构容易控制，大多数聚偏氟乙烯( PVDF) 超滤膜采用该方法制备.由于具有较强的抗氧化性、良好的热稳定性、耐辐射性、优异的机械性能及易成膜等优点,PVDF 成为超滤膜制备中应用最广泛的材料之一。
第八章 气体分离膜
热致相分离法
原理：通过加 热使聚合物发 生相分离，形
成微孔结构
优点：制备过 程简单，成本
低
缺点：微孔尺 寸难以控制， 膜性能不稳定
应用：主要用 于制备微孔膜， 如气体分离膜、
渗透膜等
溶液浇铸法
原理：通过溶液 浇铸形成膜层
步骤：将溶液浇 铸在基材上，形 成膜层
优点：操作简单， 成本低
缺点：膜层厚度 不均匀，性能不 稳定
浸没沉淀相转化法
原理：通过控制溶 液中的化学成分和 温度，使溶液中的 溶质发生沉淀反应， 形成沉淀物。
步骤：将溶液加热 至一定温度，加入 沉淀剂，搅拌，使 溶质沉淀，过滤， 洗涤，干燥。
优点：操作简单， 成本低，可大规模 生产。
应用：广泛应用于 气体分离膜的制备 ，如氢气、氧气、 氮气等气体的分离 。
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气体分离膜
XX,
汇报人：XX
20XX.XX.XX
目 录
01 单 击 添 加 目 录 项 标 题 02 气 体 分 离 膜 的 原 理 03 气 体 分 离 膜 的 制 备 方 法 04 气 体 分 离 膜 的 性 能 指 标 05 气 体 分 离 膜 的 应 用 实 例 06 气 体 分 离 膜 的 发 展 趋 势 与 展
06
趋势与展望
提高气体分离膜的性能
研发新型材料：开发具有更高分离性能和稳定性的材料 优化膜结构：改进膜的孔径、厚度、排列等结构参数 提高膜的耐久性：增强膜的抗腐蚀、抗老化等性能 降低成本：通过规模化生产、优化工艺等手段降低生产成本
开发新型气体分离膜材料
研究新型材料：开发具有更高分 离效率和稳定性的材料
在工业尾气处理中的应用
添加 标题
气体分离膜的工作原理及性能研究
气体分离膜的工作原理及性能研究气体分离膜是一种应用于气体分离和纯化的技术。
它通过选择性透过不同气体分子的特性，实现了气体混合物的分离。
在本文中，我们将对气体分离膜的工作原理进行深入探讨，并针对其性能进行相关研究。
1. 工作原理气体分离膜的工作原理基于气体分子在膜上的渗透和扩散过程。
这种膜通常由聚合物、无机材料或复合材料制成。
不同气体分子由于大小、形状和亲疏水性等因素的差异，将会在分离膜上呈现不同的透过速率。
当混合气体在高压驱动下通过气体分离膜时，气体分子将会通过膜的微孔或多孔结构进入膜的一侧，然后透过膜的结构，最终将分离为两个或多个组分。
透过速率较高的气体将快速透过膜，并在另一侧被收集，而透过速率较低的气体则会滞留在膜的一侧，实现了气体分离。
2. 膜的材料选择膜的材料选择对于气体分离膜的性能至关重要。
常见的膜材料包括聚合物膜、无机膜和复合膜。
聚合物膜具有良好的选择性和透过速率，且易于加工和制备。
例如，聚酯醚膜对二氧化碳具有较高的分离性能，而聚氨酯膜对甲烷具有较高的分离性能。
然而，聚合物膜的稳定性较差，容易受到温度和化学物质的影响。
无机膜由陶瓷、金属等材料制成，具有较好的稳定性和较高的选择性。
例如，氧化铝膜可用于分离氢气和氧气。
然而，无机膜的制备难度和成本较高，限制了其在工业上的应用。
复合膜由多个材料层叠而成，结合了不同材料的优势。
这种膜通常具有较高的选择性和透过速率，且具有良好的机械强度和稳定性。
例如，聚酰胺-硅氧烷复合膜可用于二氧化碳的捕获和储存。
3. 性能研究气体分离膜的性能评价通常包括两个主要指标：选择性和透过速率。
选择性指的是膜对特定气体分子的分离能力。
较高的选择性意味着膜对某一种气体的分离效果更好。
选择性通常通过气体分离系数来表示，即两种气体透过膜的速率比。
例如，氧气/氮气分离系数用于评价氧气分离膜的性能。
透过速率是指气体分子透过膜的速率。
透过速率越大，膜的分离效果越好。
透过速率通常通过渗透通量来表示，即单位面积上透过的气体量。
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。
气体膜分离原理
膜分离原理
膜分离系统的工作原理就是利用一种高分子聚合物（膜材料通常是聚酰亚胺或聚砜）薄膜来选择'过滤'进料气而达到分离的目的。
当两种或两种以上的气体混合物通过聚合物薄膜时，各气体组分在聚合物中的溶解扩散系数的差异，导致其渗透通过膜壁的速率不同。
由此，可将气体分为'快气'（如H2O、H2、He等）和'慢气'（如N2、CH4及其它烃类等）。
当混合气体在驱动力—膜两侧相应组分分压差的作用下，渗透速率相对较快的气体优先透过膜壁而在低压渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体则在高压滞留侧被富集。
快气慢气
各气体渗透量可表示为
上式中Qi：气体组分i的渗透量
(P/l)i：气体组分i的渗透系数
A：膜面积
P：原料气压力
p：渗透气压力
x i：气体组分i在原料气中的体积分数
y i：气体组分i在渗透气中的体积分数
从上式可以看出：膜的分离选择性（各气体组分渗透量的差异）、膜面积和膜两侧的分压差构成了膜分离的三要素。
其中，膜分离的选择性取决于制造商选用的膜材料及制备工艺，是决定膜分离系统性能和效率的关键因素。
分离器结构
膜分离系统的核心部件是一构型类似于管壳式换热器的膜分离器，数万根细小的中空纤维丝浇铸成管束而置于承压管壳内。
混合气体进入分离器后沿纤维的一侧轴向流动，'快气'不断透过膜壁而在纤维的另一侧富集，通过渗透气出口排出，而滞留气则从与气体入口相对的另一端非渗透气
出口排出。
气体分离膜
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。
气体分离膜的应用 (2)、氮氧分离
空气中含氮79%,含氧21%。选用易于透过O2 膜,在透过侧得到富集的O2,其浓度为30%~40%; 另一侧得到富集的氮气,其浓度可达95%。膜法 富氮与深冷和变压吸附法相比具有成本低、操 作灵活、安全、设备轻便、体积小等优点。
气体分离膜的应用 (3)、脱除合成天然气中的CO2制备城市煤气 合成天然气(液化石油气或石脑油精制气体) 是城市煤气的主要来源之一。由于天然气 中的CO2的含量(摩尔分数)为18%~21%,如 此高的CO2浓度会降低合成天然气的热值和 燃烧速率。因此,需将合成天然气中的CO2 含量降至2.5%~3.0%。
空纤维膜外表面上涂敷致密的硅橡胶表层，从 而得到高渗透率、高选择性的复合膜，成功地 将之应用在合成氨弛放气中回收氢。成为气体 分离膜发展中的里程碑。至今已有百多套在运 行， Monsanto公司也因此成为世界上第一个 大规模的气体分离膜专业公司。
气体分离膜
从20世纪80年代开始，中科院大连化物所 、长春应化所等单位，在研究气体分离膜 及其应用方面进行了积极有益的探索，并 取得了长足进展。1985年，中科院大连化 物所首次成功研制了聚砜中空纤维膜氮氢 分离器。
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非多孔膜的分离机理
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四、天然气脱CO2、H2S和H2O
五、易挥发有机化合物（VOC）的回收
六、水果保鲜系统
外界气氛 %
O2 21
硅氧烷膜
仓库气氛%
3 O2
CO2 0
N2
79
5 CO2 6 92 N2
• 一般说来，水果在收获后，仍会继续呼吸作用，果品将逐
渐劣化以至腐烂，为抑制果品的呼吸，可适当降低其保藏
容器中的氧气浓度，增加二氧化碳浓度。目前广泛采用由
第八章气体分离膜
第一节 概述
• 1831年，天然橡胶膜具有透气性，发现H2和CO2透过膜 的速率不同
• 1950年，乙基CA膜可进行空气分离，得到富氧空气 • 1965年，含氟高分子膜可分离出氦气，同年美国Du Po
nt公司首创中空纤维膜及其装置分离氢气、氦气，并申 请专利 • 1979年，美国Monsanto公司，研制出“Prism”气体膜 （聚砜-硅橡胶复合膜）分离装置，商业化后广泛回收 合成氨以及石油炼厂中氢气的回收 • 耗能低、操作简单、装置紧凑等优点，O2、N2等富集 膜相继开发使用
• 气体分离膜过程是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驱动下，不同气体分子透过膜的 速率不同，渗透速率快的在渗透侧富集，慢的在原料侧富 集——渗透速率差使气体在膜两侧富集
气体分离膜
第二节 气体分离膜材料
一、高分子膜 • 橡胶高分子
– 具有高渗透系数，分离系数低； • 玻璃态高分子
硅氧烷膜使氧气与二氧化碳等进行交换分离的方法。
本章习题
• 非多孔和多孔气体分离膜的分离机理 • 气体分离膜分离混合气过程 • 橡胶和玻璃态高分子分离气体的特点 • 气体分离膜的实际应用来自携手共进，齐创精品工程
Thank You
世界触手可及
一、H2的分离 美国Monsanto公司1979年首创Prism中空纤维复合气
体分离膜，主要用于氢气的分离。其材料主要有醋酸纤 维素、聚砜、聚酰亚胺等。其中聚酰亚胺是近年来新开 发的高效氢气分离膜材料。它是由二联苯四羧酸二酐和 芳香族二胺聚合而成的，具有抗化学腐蚀、耐高温和机 械性能高等优点。
• 合成氨厂施放气和其他石油化工含氢混合气中 分离和回收氢
• 从炼油厂烃类加工过程弛放气体中分离和回收氢
二、膜法富氧 制备富氧膜的材料主要两类：聚二甲基硅氧烷（PDMS） 及其改性产品和含三甲基硅烷基的高分子材料。 PDMS是目前工业化应用的气体分离膜中最高的膜材料， 美中不足的是它有两大缺点：一是分离的选择性低，二 是难以制备超薄膜。
三、膜法富氮
第四节 气体分离膜组件
一、膜组件
• 平板式 • 中空纤维式 • 卷式
二、气体膜分离系统及工艺流程
• 分离效率由膜渗透系数、分离系数及操作条件确定 • 高压气源时，气体分离效率高 • 低压气源时，采用图a可获得较大的渗透流量，图b能
耗低。
工艺流程：循环气流
多级串联渗透流程
第五节 气体分离膜的应用
– 具有低渗透系数，分离系数高。 橡胶、CA、PC；聚酰亚胺、含硅化合物、聚苯胺 二、无机膜 • 金属及其合金膜、陶瓷膜、分子筛膜等 三、有机-无机复合材料 • 分子筛填充聚合物膜、聚合物裂解膜
表9-1 选择性气体分离膜材料
无机材料
有机高分子材料
多孔质
多孔质玻璃、烧 结体（陶瓷、金 属）
非多孔质（均质）离子导电性固体
第二节 气体膜分离机理
• 气体分离膜有两种类型：非多孔均质膜和多孔膜 一、非多孔均质膜的溶解-扩散机理
该理论认为，气体选择性透过非多孔均质膜分 四步进行：气体与膜接触，分子溶解在膜中，溶解 的分子由于浓度梯度进行活性扩散，分子在膜的另 一侧逸出。 二、多孔膜的透过扩散机理
用多孔膜分离混合气体，是借助于各种气体流过膜中 细孔时产生的速度差来进行的。其传递机理有分子扩散、 表面扩散、毛细管冷凝、分子筛分等。
（ZrO2），（氧化铝）钯合金
微孔聚乙烯，多 孔乙酸纤维
均质乙酸纤维， 合成高分子（硅 氧烷橡胶，聚碳 酸酯等）
第三节 气体分离膜的制备
（1）影响气体分离膜性能的因素 1）化学结构的影响 2）形态结构的影响
根据不同的分离对象，采用适合的材料、合适的方法制备 （2）制备气体分离膜的主要方法
烧结法、溶胶-凝胶法、拉伸法、熔融法、蚀刻法、包覆 法、相转移法和水上展开法