气体分离膜应用的现状和未来

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1、第’)卷第(期膜科学与技术0;!+’)E;+(’"")年%月FGFHI4EG/,JGE,G4EK2G,.E-L-MN4=O+’"")!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：!""#$%&’(（’"")）"($"!’)$"#气体分离膜应用的现状和未来徐仁贤（中国科学院大连化学物理研究所，大连!!*"’)）摘要：考虑了气体分离膜应用和气体传递机理的各种技术+现在商业气体分离膜应用的范围包括：富氮、富氧、氢回收、从天然气中除去酸性气体（,-’和.’/）、天然气脱水和有价值的挥发有机物（0

2、-,1）的回收+讨论了每一个应用中可用膜材料的现状和限度，及有潜在力的若干新膜的应用，如乙烯／乙烷分离和燃料电池+关键词：气体分离；选择渗透；分离效率；气体分离膜中图分类号：23"’%+%文献标识码：4自!&%"年56768（现为49:5:;<=>?1）向市场提基质膜（79A6<78?:9A767B:8C6）的研究和开发将为供氢分离5:917膜以来，美国的气体分离膜市场销气体分离膜的应用带来新的生机+售额（膜和膜组件）由!&%@年的"+!(亿美元［!］至［’］!各种分离机理的膜’"""年达到!+@亿美元，而且在未来几年中销售额仍是稳定地增长［)］膜可以以各种分离机理达到分离和

3、传递物质，+美国将膜研究作为近年来它的先进技术项目之一+这些先进技术项目的特点是可以概略地分为)类+成功的，风险大，但它们成功后的经济效益也大。欧!+!“单一”溶解"扩散膜洲膜协会也向欧洲联盟提交了一份文件，要求把膜这类膜是这样传递物质：上游气相中的气体分研究作为欧洲的研究领域之一+膜应用领域的全部子首先溶解于膜，然后扩散通过膜，最后在下游气相研究是为某些独特的集团或社会部门的需要［(］中解吸+这类膜又可以进一步分类为)种：聚合物溶+扩大或增加气体膜分离的应用，现在面临下面解$扩散、分子筛和选择表面流+)方面的挑战：在不降低现在渗透性能情况下，提高大部分商业应用的膜是聚合物溶

4、解$扩散选择性；在保持高渗透性和高选择性情况下，提高膜膜［*］+用于大部分分离中的膜材料为玻璃态聚合物的耐温和抗化学性；在某些应用中如氢回收中，要求或橡胶态聚合物+用膜的分离系数表征聚合物膜对氢产品不再加压，能直接回用［@］+’种气体的分离能力，定义为’种气体的渗透率!!目前有些材料在技术上是能够响应这些挑战，和!的比：’它们主要以)种形式对物质进行分离和传递+即“单!!"!#!!!／’DD（）（）一”溶解扩散；“复杂”溶解扩散和离子导体膜+然而，!’"’#’与非膜技术的经济竞争决定了是否能大规模应用+渗透率!是气体在膜中的扩散系数"和溶解度系对于特定应用来说，选择膜的标准是

5、复杂的+膜数#的积+玻璃态聚合物优先渗透小的非可凝性气的耐温性、抗化学性，渗透率和分离效率都是重要因体如.’，E’和,.(；橡胶态聚合物优先渗透大的可凝性气体，如丙烷和丁烷［#］素+在所有情况下，必须以经济来平衡+而这些要求+的相对重要性随应用目的变化+聚合物膜比其他材料更经济，因而控制了气体新膜材料，包括无机膜和聚合物膜改性如混合分离的应用+聚合物膜材料的主要问题是在高温、高收稿日期：’"")$"@$)"作者简介：徐仁贤（!&)*$），男，上海市人，研究员，!&#’年开始从事膜分离研究，电话："(!!$(@"&’!"+万方数据·$’9·膜科学与技术第’,卷压和存在高吸附性的

6、组分时，会影响它的稳定性!子通过固体氧化物膜的传递［$’］!这类膜与聚合物膜分子筛材料是除聚合物外又一可选的材料!它相比，除了高选择性和高通量外，需在高温（-%%.）们主要藉分子大小差别完成分离的!这类膜有非常下操作，在大规模应用前需要解决的问题是高温下小的排斥某些分子的超微孔，而允许另一些分子通的密封，以及膜对温度变化的灵敏性，即为膜裂解破过!在实验室中这类膜的渗透性能显示了巨大吸引坏!力［"］!然而，这类膜难以加工，脆弱易碎，以及制造质子交换膜在意义上相似固体氧化物，它们也费用昂贵!只传导质子，而不传导电子!因此，其潜在用途是作在有些情况下，有一些膜可以有利于较大渗透为电

7、源!膜材料可以是聚合物或无机物，最普通的是物，而截留较小的组分!这类分离可以用表面选择流/01234，一种磺化的聚合物!水加至这类磺化聚合物膜来完成［#］中引起氢离子在56—7基上移动［$,］!这类膜有纳米孔，其工作原理是在孔,!这类膜已经表面上有较强吸附能力的组分选择吸附，接着吸附用于燃料电池!组分通过孔表面扩散!吸附分子在膜孔中不产生空隙，从而对小的非吸附种的传递产生阻力!最近，用"气体分离的应用表面选择流机理的膜组件进行了中间放大试验［$%］!"!!大规模应用!!"“复杂”溶解#扩散膜"!!!!空