氣體分離膜技術(shù)的發(fā)展歷程
1831年,J.V.Mitchell系統地研究了天然橡膠的透氣性,用高聚物膜進(jìn)行了氫氣和二氧化碳混合氣的滲透實(shí)驗,發(fā)現了不同種類(lèi)氣體分子透過(guò)膜的速率不同的現象,首先提出了用膜實(shí)現氣體分離的可能性。1866年,T.Craham研究了橡膠膜對氣體的滲透性能,并提出了現在廣為人知的溶解—擴散機理。雖然在100多年前就發(fā)現了利用膜實(shí)現氣體分離的可能性,但由于當時(shí)的膜滲透速率很低,膜分離難以與傳統的分離技術(shù)如深冷分離法、吸附分離法等競爭,未能引起產(chǎn)業(yè)界的足夠重視。
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膜滲透機理
優(yōu)先吸附-毛細管流動(dòng)模型:由于膜表面對滲透物的優(yōu)先吸附作用,在膜的上游側表面形成一層該物質(zhì)富集的吸附液體層。然后,在壓力作用下通過(guò)膜的毛細管,連續進(jìn)入產(chǎn)品溶液中。此模型能描述多孔膜的反滲透過(guò)程。
從不可逆熱力學(xué)導出的模型:膜分離過(guò)程通常不只依賴(lài)于單一的推動(dòng)力,而且還有伴生效應(如濃差極化)。不可逆熱力學(xué)唯象理論統一關(guān)聯(lián)了壓力差、濃度差、電位差對傳質(zhì)通量的關(guān)系,采用線(xiàn)性唯象方程描述這種具有伴生效應的過(guò)程,并以配偶唯象系數描述伴生效應的影響。
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膜的種類(lèi)
分離膜包括:反滲透膜(0. 0001~0. 001μm) ,納濾膜(0. 001 ~ 0. 01μm)超濾膜(0. 01 ~ 0. 1μm) 微濾膜(0. 1~10μm)、電滲析膜、滲透氣化膜、液體膜、氣體分離膜、電極膜等。他們對應不同的分離機理,不同的設備,有不同的應用對象。膜本身可以由聚合物,或無(wú)機材料,或液體制成,其結構可以是均質(zhì)或非均質(zhì)的,多孔或無(wú)孔的,固體的或液體的,荷電的或中性的。膜的厚度可以薄至100μm ,厚至幾毫米。不同的膜具有不同的微觀(guān)結構和功能,需要用不同的方法制備。制膜方法一直是膜領(lǐng)域的核心研究課題,也是各公司嚴格保密的核心技術(shù)。
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