气体分离膜的原理:
在压力驱动下, 借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜内溶解-扩散上的差异, 及渗透速率差来实现对某种气体的浓缩和富集。渗透速率高的气体常被称为“快气”,而渗透速率低的气体组分被称为“慢气”,因它较多的滞留在原料气体侧而成为剩余气。“快气”、“慢气”不是绝对的, 而是针对不同的气体组成而言。气体透过膜是一种比较复杂的过程。
气体分离膜的原理
一般来说, 使用材质不同, 其分离的机理也不同。在多孔膜中的渗透机理包括:分子流、黏性流、表面扩散流、分子筛筛分机理、毛细管凝聚机理等。
气体分离膜设备的实现方式：
气体膜分离过程是一种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的驱动下，不同气体分子透过膜的速率不同，渗透速率快的气体在渗透侧富集，而渗透速率慢的气体则在原料侧富集。气体膜分离正是利用分子的渗透速率差使不同气体在膜两侧富集实现分离的。
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，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。
从20世纪50年代起，科研工作者开始进行气体分离膜的应用研究。1950年S.Weller和W.A.Steier用乙基纤维素平板膜进行空气分离，得到氧浓度为32%~36%的富氧空气。1954年D.W.Bubaker和K.Kammermeyer发现硅橡胶膜对气体的渗透速率比乙基纤维素大500倍，具有优越的渗透性。1965年S.A.Stern等为从天然气中分离出氦进行了含氟高分子膜的试验，并进行了工业规模的设计，采用三级膜分离从天然气中浓缩氦气。同年美国Du Pont公司首创了中空纤维膜及其分离装置并申请了从混合气体中分离氢气、氦气的专利。
我国的气体分离膜成果：
气体膜分离技术的真正突破是在70年代末，1979年美国的Monsanto公司研制出“Prism”气体膜分离裝置，“Prism”装置采用聚砜-硅橡胶复合膜，以聚砜非对称膜中空纤维作为底膜，在其中空纤维外表面真空涂覆一层致密的硅橡胶膜。聚砜底膜起分离作用，底膜的皮层仅有0.2μm左右，远比均质膜薄，因此其渗透速率大大提高;硅橡胶涂层起到修补底膜皮层上的孔缺陷的作用，以保证气体分离膜的高选择性。“Prism”气体膜分离裝置自1980年商业应用以来，至今已有上百套装置在运行，用于合成氨弛放气中氢回收和石油炼厂气中氢回收。
气体分离膜的优势和前景：
膜分离技术具有能耗低、操作简单、装置紧凑、占地面积少等优点，因此氢分离膜、富氧、富氮膜相继研制成功，并应用于市场，有力地促进了气体膜技术的发展。其应用越来越广泛，对它的研究也日益深入。
