中外气体分离膜应用进展
自1980年Pemea(现为AirProducts)在市场上推出氢分离Prism膜以来,美国气体分离膜市场销售额(膜和膜组件)由1985年的0.14亿美元增至2000年的1.5亿美元,而且仍保持稳定增长态势。近年,美国将膜研究作为其先进技术项目之一,欧洲膜协会也向欧盟提交文件,要求把膜研究作为重要研究领域之一。
分类
按照分离机理,气体分离膜大致可分为3类:
1.“单一”溶解-扩散膜
这类膜传质过程为:上游气相中气体分子首先溶解干膜,然后扩散过膜,最后在下游气相中解吸。这类膜可进一步分为3种:聚合物溶解-扩散膜、分子筛和选择表面流膜。
聚合格溶解-扩散膜是商业应用膜的主要材料,多为玻璃态聚合物七像胶态聚合物。玻璃态聚合物优先透过小的非可凝性气体,如H2、N2和CH4等;像胶态聚合物优先渗透透大的可凝性气体,如丙烷和丁烷。聚合格溶解-扩散膜是商业应用膜的主要材料,多为玻璃态聚合物七像胶态聚合物。玻璃态聚合物优先透过小的非可凝性气体,如H2、N2和CH4等;像胶态聚合物优先渗透透大的可凝性气体,如丙烷和丁烷。
聚合物较其他膜材料更具经济性,是气体分离用膜的主要材料,其主要问题是高温、高压及存在高吸附性组分时,稳定性会受到影响。
分子筛膜材料的另1种选择,主要借助分子大小差异实现分离。这类膜具有非常小的、可排斥某些分子的超微孔,而允许另一些分子通过。实验室研究表明这类膜的渗透性能极具吸引力。然而,这类膜加工困难,易碎,制造费用昂贵。
表面选择流膜有些情况下,需要有利于较大渗透物透过膜,而截留较小的组分。这类发离可通过表面选择流膜实现。这类膜具有纳米孔洞,在孔洞表面上对吸附能力较强的组分选择吸附,然后吸附组分通过孔表面扩散。由于吸附分子在膜孔中不产生空隙,从而对小的非吸附组分的传递产生阻力。最近,研究人员正在使用表面选择流机理的膜组件进行中间放大试验。
2.“复杂”溶解-扩散膜
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