气体分离膜技术的发展历程
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,膜透过检测设备,发现了不同种类气体分子透过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,T.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。虽然在100多年前就发现了利用膜实现气体分离的可能性,但由于当时的膜渗透速率很低,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,未能引起产业界的足够重视。
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结构分类
膜分离的效能,取决于膜本身的属性。膜可分液膜和固体膜。固体膜又可分:①无机多孔膜,由无机质的多孔材料构成。将胶体和不溶性微粒强制沉积于无机多孔膜上便制成动力形成膜;②合成膜,通常采用醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚砜、聚乙烯等高分子材料制成。合成膜又分为离子交换膜、均质膜和多孔膜:①离子交换膜由带有可电离的阳离子或阴离子的高分子材料所构成;②均质膜是均匀的高分子薄膜;③多孔膜是在铸膜液中加发孔剂,经过蒸发和凝胶分离而成的。
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多孔膜又分为非对称膜和复合膜
①非对称膜的膜体可分为表皮层和支撑层:表皮层质地致密,厚度很小(0.1~0.2μm),但它决定了膜的选择性和渗透性能;支撑层具有多孔结构,它提供必要的机械强度。膜的结构可通过调节铸膜液组成和凝胶形成条件予以控制。
②复合膜是以多孔膜作支撑层,覆以极薄的表皮层。用于工业分离的合成膜,膜透过检测设备报价,可制成片状、管状和中空纤维状等,因此膜分离设备也随之具有多种结构形式。膜的结构形态,通常借助于电子显微镜技术、电子透射或扫描来观察。
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