膜分离技术用于气体脱湿的研究现状
综述专论 化工科技，２０１０，１８（５）：７３￣７６ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＩ ＯＧＹ ＩＮ ＣＨＥＭＩＣＡＩ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
膜分离技术用于气体脱湿的研究现状
张广信 ，郑邦嫜 ，于京鑫。，刘红扬 ，李 宝 （１．巴斯夫吉化新戊二醇有限公司，吉林吉林１３２００２；２．中国石油吉林石化公司研究院，吉林吉林１３２０２１；３．华 东理工大学材料科学与工程学院，上海２００２３７；４．中国石油吉林石化公司聚乙烯厂，吉林吉林１３２０２１；５．中国石油 吉林石化公司电石厂，吉林吉林１３２ｏ２１）
摘要：随着膜科学的发展，气体膜分离技术由于具有选择性高、能耗低、费用低、耐用性等优点，优 于吸附等传统分离方法，广泛应用于石油、化工、电力、能源和环保等行业，该方法在气体除湿领域表现 尤为突出，受到广泛关注。作者详细论述了气体膜分离技术的研究和发展现状，并介绍了分子模拟方法
应用于该领域的研究。最后指出，随着膜材料及其制备工艺的发展和新型研究技术的应用与开发等，膜 法脱湿将得到更大的发展。 关键词：气体膜；分离；除湿
中图分类号：ＴＱ０２８．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—０５１１（２０１０）０５—００７３—０４
膜分离技术虽然在１００年前就已出现，但近 ３０年才在工业上大规模地应用，是近年来正在发
展并具有巨大发展潜力的分离方法［１］。膜分离技
术已在石化、电子、食品、生物工程、医疗、环保等 领域得到广泛应用。
在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的２１世
纪，产业界和科技界把膜过程视作工业技术改造中
的一项极为重要的高新技术。气体膜分离作为一
种“绿色”技术，在与传统分离技术（吸附、吸收、深
冷分离等）的竞争中显示出独特优势，已被广泛应
用于石油、天然气、化工、冶炼、医药等领域。
１膜分离技术
膜分离过程的原理是用选择性透过膜作为分
离介质，当膜两侧存在某种或某几种推动力（如压
力差、浓度差、电位差、温度差等）时，原料侧组分
选择性的透过膜，从而达到分离提纯的目的。
膜过程主要分为微滤（ＭＦ）、超滤（ＵＦ）、纳滤
（ＮＦ）、反渗透（ＲＯ）、渗析（Ｄ）、电渗析（ＥＤ）、气体
分离（ＧＳ）、渗透汽化（ＰＶ）和液膜（Ｌ）等。
膜分离技术经历了多年的发展，已应用到工
业上气体分离、水溶液分离、化学产品和生化产品
收稿日期：２０１０—０６—１４ 作者简介：张广信（１９６３一），山东肥城人，高级工程师，硕 士学位，巴斯夫吉化新戊二醇有限公司副总经理，从事新 戊二醇开发与生产管理工作。 等分离与纯化的过程中，经济效益和社会效益非
常大，发挥着极其重要的作用。
１．１气体膜分离技术简介
气体膜分离主要是根据混合原料气中各组分
在压力的推动下，通过膜的相对传递速率不同而
实现分离。气体膜分离技术的应用包括天然气中
脱湿和脱ＣＯｚ、由空气制取富氮和富氧空气、空气
中蒸气的脱除以及压缩空气脱湿等领域。不断研
究和发展气体膜分离技术已成为世界各国广泛关
注的对象。
将气体膜分离技术用于脱湿具有重要的实用
价值。以丙烯脱湿为例，该方法具有以下优点：
（１）能耗低：除真空泵的电耗外，基本没有其它能
量消耗，能耗大大降低；（２）操作费用低：尽管单组
寿命较吸附剂寿命短，但由于组件价格低，因此总
操作费用较低；（３）投资小：大约只相当于原精制
系统的十分之一；（４）浪费少：除少量丙烯随水分
子逸出外没有任何损失。
１．２脱湿膜材料
对于膜分离过程，是否具有特性优良的膜及
结构合理、性能稳定的膜分离装置，直接决定着分
离效果的优劣。膜分离技术的核心是分离膜。分
离膜要具备以下条件：渗透通量和分离因子高；抗
腐蚀的性能强；柔韧性好；机械强度高；使用寿命
长；
成本合理；便于工业化生产。通常认为膜分离 ・７４・ 第１８卷
性能是由其溶解性能和扩散性能共同决定的。亲
水膜是一种经常用到的膜。该膜利用亲水性膜材
料与水相对较强的相互作用实现对水的优先溶
解，并基于水分子较小的直径实现优先扩散。
目前，研究和应用较多的亲水膜中，作为活性
分离层的有聚丙烯酸 、壳聚糖跚、聚乙烯醇 ，
而支撑层一般选用通用的高分子多孔膜，如聚丙
烯腈［引、聚砜［。 等。
（１）聚丙烯酸
聚丙烯酸（ＰＡＡ）为一种易溶于水的无色或
淡黄色液体，作为亲水性聚合物，是制备分离膜的
优良材料。
ＰＡＡ具有相对分子质量大、电荷密度大，以
及机械性能好等诸多优点。ＰＡＡ膜及其改性膜
在渗透汽化、气体分离、反渗透和超滤等分离过 程，以及生化材料和临床医药等领域得到了广泛
的应用。
（２）壳聚糖
壳聚糖（ｃｓ）是甲壳素的脱乙酰化的产物，是
一种天然的生物高分子线型多糖，也是一种优良
的亲水性膜材料。
ＣＳ分子内含有ＮＨ 和ＯＨ活泼基团，
便于利用各种技术进行改性，如交联、共聚、聚离
子化等。由于具有良好的成膜性、耐酸碱性和易
改性的特点，ＣＳ成为近年来膜技术研究的重点膜
材料。
（３）聚乙烯醇
聚乙烯醇（ＰＶＡ）化学性质稳定，机械强度
高，热稳定性及成膜性能良好，与大多数有机溶剂
很少甚至不发生作用。
ＰＶＡ主链上含有大量强极性的～ＯＨ，具有
高度的亲水性。侧基一ＯＨ的体积较小，可进入
结晶点中而不造成应力，故结晶性高【 。因此，
ＰＶＡ是一种部分结晶高分子，具有十分规整的聚
集态结构，结晶度高使得膜的渗透性较差，通量较 低，影响了它的应用，所以需要通过对ＰＶＡ改性
来调节结晶度。
（４）聚丙烯腈
聚丙烯腈（ＰＡＮ）不易水解、抗氧化、化学稳
定性好、耐细菌侵蚀性能优异、成膜性好、易于和
多种单体共聚。ＰＡＮ分离膜已商业化并广泛应
用于水处理、血液透析等方面。
ＰＡＮ分子中含有极性很强的一ＣＮ基团，高
分子链问的作用力强，柔韧性小，机械强度不是 很高。
（５）聚砜
聚砜（ＰＳ）是膜分离过程常用的性能优异的
膜材料，具有耐高温、耐酸碱、耐氯、耐微生物降
解、耐氧化、价格低廉和机械强度高等优点。
ＰＳ中空纤维膜具有内外致密表皮层及双层
指状孔结构，膜可以做得很薄，内层孔隙率高，可
以作为非对称膜的基膜。Ｍｏｎｓａｎｔｏ公司研制的
从合成氨尾气中回收氢的Ｐｒｉｓｍ分离器所使用的
分离材料即为ＰＳ非对称中空纤维膜［３３。
１．３脱湿膜材料改性
现有气体分离膜普遍存在着渗透通量低、分
离因子小、机械强度差等缺点。因此要对膜材料
做进一步的改进，常见的改性方法主要有共混法、
接枝法和填充法等。
１．３ １ 共混法 共混法ｌ８］是高分子改性中简便有效的方法之
一。共混改性法可分为熔融共混、溶液共混、乳液
共混等。
Ｈｉｌｍｉｏｇｌｕ等人ｌ ９ｌ通过ＰＶＡ和ＰＡＡ共混，
并加入酯基共价交联ＰＶＡ中的一ＯＨ和ＰＡＡ
中的一ＣＯＯＨ制成共混膜，用于异丙醇／水的渗
透汽化分离，研究了原料液组成对异丙醇／水物系
选择吸附性和渗透汽化性能的影响。Ｙｉｎ Ｘｉｕｌｉ 等［１。＿在ＰＡＮ中混入少量聚偏氟乙烯制备中空纤
维膜，结果表明制得的膜水通量和截留率均有所
提高。
１．３ ２接枝法
接枝改性即把具有特定性能的基团或聚合物
支链接到膜材料上，以使膜具有某种性能。这种
方法主要包括表面光接枝、辐照接枝、等离子体接
枝、表面化学改性等。Ｋｈａｙｅｔ等口ｌ１分别采用含
氟的低聚物与氨基甲酸酯聚合以及对端基进行氟
化的方法得到表面改性高分子，发现随着铸膜液
中氟化改性高分子浓度的提高，膜的渗透汽化分
离性能增强。
１．３ ３填充法
填充法是将对优先透过组分有强吸附作用的
物质填入聚合物中，从而对膜的分离选择性及渗
透量产生一定的影响。Ｕｒａｇａｍｉ等ｌｌ。 采用季铵
化壳聚糖和ＴＥＯＳ制备的杂化膜进行乙醇／水分
离，当 （ＴＥＯＳ）＜４５ 时，渗透通量为７０
ｋｇ／ｍ０・ｈ。
５期 ｊＫ广信．等．膜分离技术用十 体脱湿的研究现状 ・ ７５ ・
２气体膜法脱湿研究现状
气体膜法脱湿主要用于丙烯、天然气和压缩
空气等体系中。目前世界上比较成功的膜法脱湿
商业应用主要分布在美国、日本和加拿大等国家。
２．１丙烯膜法脱湿
王洪军等＿】。］制备了用于丙烯脱湿的ＰＶＡ／
ＰＳ中空纤维复合膜，结果表明，采用气体分离膜
法脱除丙烯中微量水分是可行的。
金翔等 ４］制备了ＰＶＡ ＣＳ／ＰＳ共混中空纤
维复合膜，对含水量质量分数为０．５９ 的丙烯原
料气脱湿，原料气压力为０．１ ＭＰａ，流速为０．２５
ｍ／ｓ，操作温度为２９７．１５ Ｋ时，膜渗透通量为
３４．８ ｇ／ｍ。・ｈ，分离因子为１．１８×１Ｏｊ。
２．２天然气脱湿
天然气的主要成分为甲烷，其次为一些高级
烃类、乙烷、丙烷和丁烷，此外还含有Ｈ Ｏ、ＣＯ。、
Ｎ。和Ｈ ｓ等杂质ｌ】引。Ｈ：０的存在导致固体甲
烷水合物的形成而堵塞管道，并加剧酸性组分对
管道的腐蚀，所以天然气在使用前必须进行干燥。
目前除湿技术大都采用乙二胺吸收的方法，
现在在美国有将近４２０００套乙二胺吸收脱湿系
统 。
中科院大连化物所采用真空工艺（约２０ ｋＰａ）
在长庆气田进行了ｌ２×１０ ｍ。／ｄ工业规模的现
场试验，进气压力４．６ ＭＰａ，，甲烷回收率≥
９８ 。 ２．３压缩空气脱湿
压缩空气是工业生产中应用最广泛的气体，
在使用前必须脱掉所含水蒸气，传统方法采用冷
冻式干燥机或分子筛吸附式干燥机，操作复杂、费
用高、能耗大。
１９８７年，Ｐｅｒｍｅａ公司研制的Ｃａｃｔｕｓ膜法脱
湿分离器实现了工业化ｌｌ 。Ｃａｃｔｕｓ膜压缩空气
干燥系统通过多组膜分离器的组合，水的绝对脱
除率可高达９９ 以上。
中国科学院长春应用化学研究所研制成功了
压缩空气脱湿用大型中空纤维膜组件，于２００２年
在长春通过中试成果鉴定＿ｌ ，表明可以替代市场
上的冷冻干燥机。
３分子模拟技术在膜研究中的应用
迄今为止，新型聚合物膜材料的设计主要依
赖于尝试性实验和部分理论知识，很多时候实验 效果不显著。由于小分子物质的膜分离机理是由
原子水平上的静态结构动态行为所决定的，而目
前又很难直接获得以上尺度上的实验数据，导致
无法得到深层次的信息。
近些年来，基于经典力学的分子模拟技术已
经成为研究聚合物膜材料分子结构及研究渗透分
子在膜中状态广泛使用的工具。这些研究一方面
对渗透分子的传递机理和主要影响因素进行了很
好的理论分析，另一方面对膜分离效果进行实用
性很强的定性和定量预测ｌ２ 。分子模拟技术可
以用来研究高分子膜的结构性质，以及渗透物小
分子在膜中的传递行为。 Ｐａｎ等［２１］利用分子模拟技术研究了苯和环
己烷分子在ＰＶＡ－ＣＧ、ＰＶＡ－ＳｉＯ２杂化膜内的扩
散过程，采用Ｃｏｎｎｏｌｌｙ表面方法研究了高分子一
无机杂化膜的自由体积特性，并考察了膜内高分 子链的运动性。结果表明，膜内自由体积越大、高
分子链运动性越高，苯和环己烷在膜中的扩散系
数越大。 Ｇｅｅ等［ ］研究了氧化硅填充ＰＤＭＳ复合膜
对水的化学吸附和物理吸附，结果表明随着界面
处水合位的降低，高分子一氧化硅的接触距离和界
面处高分子链的运动性显著降低。
４ 结 语
由于气体膜分离方法具有的诸多特点，使其
在与吸附、吸收、深冷分离等传统气体分离技术的
竞争中显示出独特优势，气体膜法脱湿工艺具有
广泛的市场需求和经济效益。相信随着膜材料极
膜分离技术在炼厂富氢气体回收装置中的应用
膜分离技术在炼厂富氢气体回收装置中的应用
摘要：根据日益严格的环保要求，各炼厂对氢气的需求量日益增加，氢气成本与富氢气浪费之间的矛盾充分暴露。富氢回收技术及项目的推广应用成为各石油炼厂节能减排的主要技术攻关方向。本文主要介绍膜分离技术在富氢气体回收装置的应用，并分析了膜分离处理量、渗透压对产品氢气的影响。膜分离技术的运用表明证明了膜分离在炼厂富氢回收项目中应用的可行性，同时可有效降低加氢装置的氢耗。
关键词：富氢回收；膜分离技术；加氢装置
随着燃料清洁性的要求越来越苛刻，炼厂对氢气的需求量显著增加。在富氢气做燃料气和氢气巨大消耗之间，如何能设计制造出能耗相对较低的工业装置，使炼厂尾气中的氢气得到高效、高质量的回收，是整个石油化工行业面对的一个重大课题。目前多数炼厂临氢装置的高低分气，经过脱硫后补入燃料气管网，因富氢气体中氢气含量高，造成燃料气管网氢含量超高，降低了瓦斯热值，对加热炉火嘴燃烧造成较大影响；此外，氢气的价格远高于燃料气，掺烧氢气造成较大的能源浪费。而膜分离技术的应用为炼厂富氢回收及推进节能减排提供了有效保障。
1膜分离技术工艺原理与流程
1.1工艺原理
膜分离技术是近十几年来发展较快的一种较新的气体分离方法。这一工艺是利用了混合
气体通过高分子聚合物膜时的选择性渗透原理。不同的组分有不同的渗透率。典型组分的相 对渗透率如下：
气体组分透过膜的推动力是膜两侧的压力差。根据各组分渗透率的差异，具有较高渗透
率的气体如氢气富集在膜的渗透侧，而具有较低渗透性的气体则富集在未渗透侧，从而达到
分离混合气体的目的。
1.2工艺流程
各临氢装置的高低分气混合并经过MDEA脱硫后，进入聚结器脱水，在这里可以除去
大部分可冷凝的液体和粒子。脱水后原料气进入蒸汽加热器加热至83℃，使原料气远离露点，不至因氢气渗透后滞留气烃类含量升高冷凝形成液膜而影响分离性能。
加热过的气体进入HCl240膜分离器组进行分离，在低压侧得到氢气纯度为90％以上、
烟气膜法水分捕集技术的研究进展
２０１３年６月 电 力 科技 与 环 保 第２９卷 第３期 烟气膜法水分捕集技术的研究进展 Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｗａｔｅｒ ｃａｐｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 汪洋，沈煜晖，陶爱平，谷吉林 （中国华电工程（集团）有限公司，北京 １０００３５） 摘要：燃煤电站锅炉烟气中舍有大量的水分，如能将其回收利用对我国水资源节约具有重要意义。综述了气体膜 分离技术在空气、天然气脱水领域的应用，重点介绍了膜法烟气水分捕集技术研究进展，提出了烟气膜法水分捕集 技术的研究关键点，指出膜法水分捕集技术发展前景。 关键词：烟气脱水；膜分离；脱水；发电厂 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅ ｉｓ ｌａｒｇｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｂｏｉｌｅｒ ｆｌｕｅ ｇａｓ，ｉｆ ｗｅ ｃａｎ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｂｅ ｒｅｍｏｖｅｄ ｂｅｆｏｒｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．ｔｈａｔ ｉｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｖｅｒｙ ｍｅａｎｉｎｇｆｕ１．Ｔｈｅ ｇａｓ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｉｒ ａｎｄ ｎａｔｕ ｒａｌ ｇａｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｉｔｈ ａｎ ｅｍｐｈａｓｉｓ ｏｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ，ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐｏｉｎｔ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｄｅｈｙｄ ｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ ｃａｐｔｕ ｒｅ：ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ；ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ 中图分类号：Ｘ７０１．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７４—８０６９（２０１３）０３—０１３—０２ ０ 引言 虽然我国缺水地区燃煤电厂新建机组积极加装 空冷凝汽器降低了电厂水耗，但一台６００ＭＷ机组 通过烟囱排放的水分约３００ｔ／ｈ，年排水约１５０万ｔ， 耗水依然惊人。如何将烟囱中的水分回收并资源化 利用是研究的重点。 气体脱水主要有低温冷凝、液态／固态吸附等技 术，目前唯一实现商业化的技术为烟气冷凝。该技 术通过应用塑料换热器达到节能节水的效果，缺点 是此产品水质不高，具有腐蚀性，只有当节能效果显 著时，该产品才具有明显商业价值。另一种方法是 通过干燥剂回收水分，该方法已进入示范阶段，但未 实现商业化。随着新型膜材料的出现，新的制模工 艺、新的膜分离过程的发展、膜软件及二次开发软件 的应用，膜分离水蒸汽技术系统简单、水质好无污染 物排放，是一条极有前景的技术路线。 １膜法脱湿技术介绍 １．１气体膜分离技术 气体膜分离技术是２０世纪７Ｏ年代开发成功的 新一代气体分离技术，其原理是在压力驱动下，借助 气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在 膜内溶解一扩散上的差异，即渗透速率差来进行分 离的。现已成为比较成熟的工艺技术，并广泛用于 许多气体的分离，提浓工艺。 １．２膜法空气脱湿 压缩空气是工业生产中应用最广泛的气体，压 缩空气在使用以前必须除掉所含的湿气（水蒸汽）， 膜法脱湿是利用某些高分子材料容易透过水蒸汽的 原理，当压缩空气流经高分子分离膜的一侧时，在膜 两侧压力差的作用下，水蒸汽透过膜进入另一侧排 除，留下干燥的空气。大型设备是由膜组件单元构 成，具有随意调整容量的灵活性，特别是小产气量的 脱湿组件，可以作为仪器、设备的配件使用，这是传 统的脱湿方法难以企及的。膜除湿技术没有直接的 电磁散射，噪音小；在整个工艺过程中没有用到干燥 剂和其他粉剂，污染小；膜组件易于更换，操作简单； 不存在高温、高压，在非常苛刻的条件下仍有较高的 可靠性；其占地面积小，操作范围广。 １．３膜法天然气脱水 膜法天然气脱水是近年来发展起来的新技术， 具有较大的发展潜力。自２０世纪８０年代以来，国 外Ｓｅｐａｒｅｘｅ、Ｇｒａｃｅ、Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ等相继开发出供天然 气脱水的膜分离装置并已进入工业应用。１９９８年， 中科院大连化学物理研究所自行研制的膜分离器在 长庆气田进行了天然气膜法脱水的工业性试验，并 在技术上取得了成功 。 １
传感器进样气体脱湿技术研究
２００７年第２６卷第１期 传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ） ３３ 传感器进样气体脱湿技术研究 杨柳，郭成海，张国胜，赵纪萍 （防化研究院第四研究所。北京１０２２０５） 摘要：制备并研究了全氟磺酸离子交换／多孔四氟乙烯（ＰＳＡＩ／ｅＰＴＦＥ）系列的膜，采用静态法测试了不 同膜的透水、透甲基膦酸二甲酯（ＤＭＭＰ）的情况和分离效果。选用ＰＳＡ￣ｅＰＦＥＴ膜在自制的动态脱湿器件 中的脱湿效果进行了研究。在温度为１９℃，采用硅胶干燥的干燥气作为反吹扫气进行吹扫。在抽气流量 为３．３×１０ ｍ ／ｓ的条件下，湿度可从９８％ＲＨ下降到４２％ＲＨ。 关键词：全氟磺酸树脂／多孑Ｌ四氟乙烯；复合膜；膜法脱湿 中图分类号：ＴＰ２１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—９７８７（２００７）０１—００３３—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｅｎｓｏｒｓ ｓａｍｐｌｅ ｇａｓ ＹＡＮＧ Ｌｉｕ，ＧＵＯ Ｃｈｅｎｇ・ｈａｉ，ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏ—ｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＯ Ｊｉ—ｐｉｎｇ （Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＰＬＡ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＳＡＩ／ｅＰＴＦＥ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｉｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｖａｐｏｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒａｔｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ＤＭＭＰ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｓｔａｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ＰＳＡ［／ｅＰＴＦＥ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｔ １９℃．ｒｅｆｌｕｘ ｆｌｏｗ ｏｆ ｐｕｒｇｅ ｇａｓ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｉｒ ｄｒｉｅｄ ｂｙ ｓｉｌｉｃａ ｇｅ１．Ｔｈｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ｇａｓ ｒｅｄｕｃｅｓ ｆｒｏｍ ９８％ＲＨ ｔＯ ４２％ＲＨ ａｔ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ ３．３×１０一 ｍ ／ｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＳＡＩ／ｅＰＴＦＥ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ；ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ０引 言 电化学式传感器、半导体气敏传感器、离子迁移传感 器、红外传感器、薄膜气体传感器等都在有毒、有害气体的 检测中有广泛的应用。但这些传感器（检测器）都存在一 个共同的问题：严重受环境湿度的影响。特别是ＭＯＸ和 ＱＭＢ传感器等。为解决这一问题，在国外的一些毒剂报警 器（如，ＣＡＭ，ＩＣＡＭ）中都采用了阻湿透有机物膜分离技术， 阻湿透有机物膜可以将水分子阻挡在膜的外侧而让毒剂分 子透过膜进入传感器，从而减少了水分的干扰。但是，这种 技术的实际应用效果并不理想，在高湿度下连续工作灵敏 度低，响应慢。分析其原因认为，其中，除了膜材料的分离 性能之外，一个很重要的原因是由于被阻挡在膜外侧的湿 气不能及时散开或除去而产生积累效应。这样，膜外侧样 气的湿度越来越大，因而，除湿效果就越来越差。本实验拟 研究阻毒透湿膜装置，把湿气抽掉而让气体留下并进入检 定器。这样，就可以避免样气中湿气的积累，降低报警器在 高湿环境中使用中样气的湿度，从而达到灵敏检测的目的。 １膜法脱湿原理 膜法脱湿过程的原理如图１所示。湿样品气从一侧进 收稿日期：２００６—０６—２３ 入脱湿器件的内管（聚合物膜），水蒸汽在膜中渗透通过， 并被内管和外管之间的吹扫气带走。这样，干燥的样品气 就从另一端流出。 一． ！ 气 湿空气厂一目［＝＝＝二二二＝二＝＝＝】Ｉ１ 干空气 【＝＝ ＝＝ 厂一 渗逸膜 。＋．吹扫气进口 图１膜法脱湿原理示意图 Ｆｉｇ １ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｍｅｍｂｒａｎｅ ２实验 ２．１材料的选取 利用膜技术进行气体脱湿首先要对制膜材料进行选 择。通常，工业气体进行膜法脱湿中膜材料选择的种类较 多。聚合物类材料主要有ｎａｔｉｏｎ＿１］。纤维素 ］、磺化聚芳 醚砜或磺化聚砜［ 、聚醚砜 或磺化聚醚砜。与工业气 体脱湿的特点不同，本研究的目的是报警器样气的脱湿，希 望脱湿速度快，材料稳定性好。 全氟磺酸离子交换树脂是四氟乙烯与六氟乙烯以及全 氟（磺酸基一乙氧基丙烯一乙烯基）醚的共聚物 Ｉ，它不与酸 碱反应，也不溶于一般的溶剂，有良好的化学稳定性。ＰＳＡＩ
膜分离技术的研究进展及应用展望
膜分离技术的研究进展及应用展望
引言
膜分离技术是一种基于不同物质在膜表面的选择性传递性质而实现分离的方法。由于其高效、节能和环境友好等优点，膜分离技术在水处理、生物医药、食品工业等领域得到了广泛的应用和研究。本文将介绍近年来膜分离技术的研究进展，并探讨其未来的应用前景。
一、膜材料的研究进展
1. 有机膜材料
有机膜材料是膜分离技术中最常用的材料之一。研究者通过改变有机膜的孔径、孔隙度和表面性质等方面，提高了膜的分离性能。此外，利用聚合物材料合成的有机膜具有优良的机械性能和化学稳定性，使得膜在分离过程中能够更好地应对高压、高温等条件。
2. 纳米孔膜材料
纳米孔膜材料是近年来膜分离技术中的研究热点。由于其孔径处于纳米尺度，能够实现更高的分离效率和选择性。研究者通过控制纳米孔膜材料的孔径大小和形状，实现对溶质的高效分离。此外，采用辅助添加剂改善纳米孔膜材料的稳定性和抗污性，进一步提高了膜分离技术的应用前景。
二、膜分离技术的应用展望
1. 水处理领域
膜分离技术在水处理领域得到了广泛的应用。目前，以反渗透膜为主要技术的海水淡化已成为解决淡水资源短缺的重要途径之一。未来，随着膜材料和技术的不断创新，膜分离技术在水处理中将能够更高效、更节能地去除水中的重金属、有机物和微生物等污染物，提高水资源的可持续利用率。
2. 生物医药领域
膜分离技术在生物医药领域的应用也呈现出广阔的前景。膜分离技术可以用于药物纯化、血液分离和细胞分离等方面。未来，研究者可以进一步提高膜的分离效率和选择性，实现对生物大分子的高效分离和回收，从而推动生物医药领域的发展。
3. 食品工业领域
膜分离技术在食品工业中的应用主要包括浓缩、分离和提纯等方面。通过膜分离技术，可以实现果汁、奶制品和酒精等食品的浓缩，同时去除其中的杂质。此外，膜分离技术还可以用于食品添加剂、香精香料和色素等的提纯过程。未来，随着膜材料及技术的不断创新，膜分离技术在食品工业中的应用将变得更加广泛。
氢气膜分离技术的现状、特点和应用
『．！１｜Ｊ！
｜一ｐｒｅｓ
氢气膜分离技术的现状、特点和应用
董子丰（中国科学院大连化学物理研究所，大连１１６０２．３）
一、概述
目前，在气休膜分离技术中，氢气膜分离技术是开发应用最早、适用范围很广、技术最
成熟和经济效益十分显著的膜分离技术
氢气膜分离技术主要用来从含氢和其它气体的混合气中，分离和提浓氢气。它在气体
膜分离技术中之所以占有如此重要位置，其原因不仅是因为氢气在化工和石化工业中的重要性，而且还在于氢气膜分离技术具有广泛的适用性和经济合理性。１氢气在化工和石油化工中具有非常重要的意义
在现代石油化学和炼油工业的一些大型工艺（如重整和裂解）过程中，氢气是重要产
物，同时，氢气又是重要的原料（合成氨、合成甲醇、加氢精制、加氢裂化）。石化工业是个耗氢大户，多年来，在石化工业中，氢气一直供不应求，随着原料油的加重和对辛烷值要求的提高，氢气的供需矛盾将会更加突出。据统计，每加工１吨原油，耗氢５０ＮＮ１３，我国原油年加工能力为１．６亿吨左右，油品加氢每年需耗氢８０亿ＮＭ＇。有人预计，和１９８５年相比，到２０００年全世界对氢气的需求量将翻一番！‘１。
如果用油来制氢，不仅工艺复杂，而且还需消耗大量的资源和能源，每生产１吨氢气将
耗原油５吨。一套制氢、加氢联合装置，其中制氢装置的投资占总投资的３０，而能耗却占
了７０％。 另一方面，石油在二次加工（如：催化重整、加氢裂化、加氢精制和催化裂化等）过程中，
由于发生一系列复杂的裂化、异构化、芳构化、氢转移和脱氢等化学反应，所以，石化工业每
天又会排放出大量的含氢气体。过去，由于没有合适的回收方法，只好把他们烧掉。为了合理的利用资源，节约能源和保护环境，最好的办法是选用合适的回收方法加以回收利用。
氢气膜分离技术就是其中一种较好的回收方法。１９８３年，国外采用膜分离技术从炼厂气中
回收的氢气量每日已达一百万立方米川。２．化工和石油化工的工况条件适合于氢气膜分离
现代化工和炼制的工艺过程，有些是在有压力的情况下进行的，而且，它所排放的气体
气体分离膜的制备与应用
气体分离膜的制备与应用
近年来，气体分离技术在许多领域得到了广泛应用。气体分离膜是一种基于分子尺寸筛选原理的气体分离技术。通过不同孔径大小和形状的分离膜，可以有效地分离不同类型的气体分子。本文将从气体分离膜的制备和应用两个方面探讨这种技术的发展历程和未来前景。
一、气体分离膜的制备
气体分离膜的制备过程主要分为三步：材料选择、膜制备和膜表征。
材料选择是制备气体分离膜的一个重要环节。分离膜的主要材料有聚合物、无机材料和混合组成的材料。其中聚合物材料具有良好的力学性能、低的生产成本和成型性好等优点，是研究人员选择的主要材料之一。聚合物材料还可以根据需要进行改性，以适应不同的气体分离需求。
膜制备是气体分离膜制备的关键环节。目前，常见的膜制备方法包括溶剂浸渍法、原位聚合法、相间聚合法等。溶剂浸渍法是一种常见的制备方法，它利用溶剂将聚合物材料溶解，然后将溶液浸渍到多孔支撑层上，最后通过烘干、交联等步骤制备膜。与其他方法相比，溶剂浸渍法具有简单、容易控制膜厚和成本低等优点。
膜表征是评价气体分离膜性能的重要方法。目前，膜表征主要包括SEM、IR、XRD和透水率测试等。SEM(扫描电子显微镜)可以观察膜的表面形态和微观结构，为膜性能评价提供有力的支持。IR(傅里叶变换红外光谱)可以分析膜材料的化学结构和功能基团，对膜制备过程和膜性能研究提供有力的分析手段。
二、气体分离膜的应用
气体分离膜在许多领域有广泛的应用，主要包括气体分离、气体纯化和能源与环境领域。
首先，气体分离膜主要用于气体分离。例如，利用基于聚合物材料的气体分离膜，可以有效地对氢、氧、氮、氧化碳等多种气体进行分离。通过精确的气体分离过程，可以在化学、石油、医药等领域得到广泛应用。
其次，气体分离膜还可以用于气体纯化。利用气体分离膜可以有效地去除气体中的杂质和不纯物，达到纯化气体的目的。例如，在制取高纯度气体中，气体分离膜可以被广泛应用。
除此以外，气体分离膜还在能源和环境保护领域发挥着重要作用。例如，将气体分离膜应用于燃气燃烧系统中可以有效地提高热效率，降低能源消耗。在环境领域，利用气体分离膜可以有效地过滤有害气体和颗粒物，保护大气环境。
气体分离膜
气体分离膜材料
1 膜的发展历史
人类对于膜现象有了初步认识是在 1748 年，然而认识膜的功能到被挖掘，却经历了200 多年的漫长历程，才为人类服务。人们在近几十年来，开始对膜进行科学研究。其发展的历史大致为：30 年代微孔过滤；40 年代透析；50 年代电渗析；60 年代反渗透；70 年代超滤和液膜；80年代气体分离；90 年代渗透汽化。同时以膜为基础的其它离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的复合应用也日益得到重视和发展。
1979 年将气体分离推向工业化应用的基础，是孟山都（Monsanto）公司用于H₂/N₂分离的低温制氮系统（Prism）的建立。陶氏（Dow）化学公司在1985年向市场提供以富N₂为目的空气分离器，“Generon”气体分离用于天然气、石油、化工生产等领域，大大提高了气体生产过程的经济效益。
我国从1958年研究离子交换膜开始，80年代中期我国研究的气体分离膜取得长足进步，1985 年中国科学院大连化物所首次成功研制中空纤维 N₂/H₂分离器，与国外同类产品主要的性能指标接近，现已投入批量生产。
2 气体分离膜材料
2.1 高分子膜材料
高分子膜材料一般制备简单，性能稳定，耐溶剂性能较好，而广泛的应用于膜分离领域。用于制备气体分离膜的高分子膜材料主要有以下几种。
1） 乙基纤维素EC
纤维素是一种较为常见的天然高分子材料，乙基纤维素是由碱纤维素和乙基卤化物反应得到，由于EC的热稳定性好、具有较强的抗生物性能，且气体气体的渗透系数
和气体渗透选择性较高，常用作空气中的氧、氮分离富集。
2） 双酚A型聚砜PSF
双酚A型聚砜主链上含有砜基的一种线性杂链高分子膜材料，具有优异的热稳定性、力学性质和较强的刚性及较好的化学稳定性，耐蒸汽性能好，PSF的玻化温度（Tg）为190℃。可用于制备复合膜的支撑层，合成氨尾气回收氢，目前已得到工业化生产。 3）聚芳醚砜PES
聚芳醚砜分子中含有砜基，由于其共轭效应，具有良好的抗氧化性和热稳定性，同时具有良好加工性能的醚键，不含有对耐热性、抗氧稳定性有不利影响的异丙撑基，没有-C-C-链，不含有刚性极大的联苯结构，因而具有良好的耐溶剂性能。PSF的玻化温度（Tg）为235℃，可在140℃高温下长时间使用，且具有较好的气体渗透选择性，常用作制备气体分离膜材料。
支撑液膜分离技术及其在烟气脱硫中的研究
第２期 支撑液膜分离技术及其在烟气脱硫中的研究 ２３
支撑液膜分离技术及其在烟气脱硫中的研究
田建尹华强胡 勇周良峰 （四川大学建筑与环境学院国家脱硫工程中心，成都，６１００６５）
摘 要 支撑液膜技术作为一种高选择性和高渗透性的膜分离技术得到了越来越多的应用。本文对过 去３Ｏ多年来有关支撑液膜的研究进展作了详述，主要包括分离机理、不稳定性机理以及解决不稳 定的方法等方面，并简单介绍了支撑液膜技术在烟气脱硫中的研究应用，并对该方向进行了展望。 关键词：液膜支撑液膜非稳定性机理烟气脱硫
支撑液膜（ＳＩ Ｍ）分离是近年来发展起来的一
种新型分离技术。２Ｏ世纪７Ｏ年代中期，Ｃｕｓｓｌｅｒ等 人采用莫能菌素溶液，根据膜两侧的ｐＨ差不同，使 Ｎａ＋从低浓度侧向高浓度侧能动输送，从而使其应
用范围进一步扩大。如此，因这一分离过程不单纯
是分离，而且能够达到浓缩的目的，从而进一步受到 人们的广泛重视并投人了更大的力量。３Ｏ多年过 去了，有关支撑液膜（ＳＩ Ｍ）的研究取得了很大的进 展。通过在膜液内加人合适的载体，增大其选择性， 从而使其作为一种分离工艺，具有了高选择性、高分
离效率和高富集效率等优点。目前在有毒金属离 子 、放射性离子 引、稀土元素 。 和有机酸 等的分
离方面已经显示出了很大的优越性。
１ 支撑液膜分离机理
支撑液膜（ＳＩ Ｍ）或称固定液膜（ＩＩ Ｍ）是由液 膜相浸在惰性多孑Ｌ固膜的微孑Ｌ中形成，多孑Ｌ固膜仅
是作为液膜的支撑体或骨架，本身并不起分离作用， 分离作用由固定在固膜孑Ｌ中的液膜来完成。对于无
载体液膜，传质基本上是一个溶解一扩散过程，而对 于含有载体液膜，其传质与一般膜中的溶解一扩散传 质过程不同，是一个反应一扩散过程。将该液膜置于 料液与反萃取液之问，料液中待脱除的溶质首先在
料液一液膜界面上与液膜中载体发生可逆反应，然后 通过膜扩散，在反萃取液一液膜界面上释放出溶质。
根据载体是离子型和非离子型，可将ＳＬＭ的渗透
2024年气体膜市场分析现状
气体膜市场分析现状
简介
气体膜是一种用于气体分离和浓缩的薄膜材料，通常由聚合物或陶瓷制成。随着工业化进程的发展，气体膜在能源、环境保护和化工等领域的应用日益增多。本文将对气体膜市场的现状进行分析，探讨其发展趋势和挑战。
市场规模
目前，全球气体膜市场规模正在不断扩大。根据市场研究公司的数据，2019年全球气体膜市场规模达到XX亿美元，预计到2025年将达到XX亿美元。市场增长的主要驱动因素包括能源需求的增加、环境法规的收紧以及化工行业的发展。
应用领域
气体膜在多个领域有广泛的应用，其中包括能源行业、环境保护和化工行业等。
能源行业
在能源行业中，气体膜主要用于气体分离和浓缩。它们可以用于提取天然气中的气体，如甲烷和乙烯，以供工业和家庭使用。此外，气体膜还可以用于煤矿和油气田中的气体回收和处理。随着全球能源需求的增加，气体膜在能源行业中的应用前景广阔。 环境保护
气体膜在环境保护方面也发挥着重要作用。它们可以用于处理工业废气和污水中的有害气体，如二氧化硫和氨气。通过使用气体膜技术，可以实现废气和废水的净化和再利用，降低对环境的污染。因此，气体膜在环境保护领域有着广阔的市场潜力。
化工行业
在化工行业中，气体膜被广泛应用于气体分离和纯化过程。例如，气体膜可用于提取和纯化工业气体，如氢气和氮气。此外，气体膜还可以用于化学反应中气体的催化和分离。随着化工行业的快速发展，气体膜在该领域的需求将持续增长。
发展趋势
随着技术的不断创新和市场需求的增加，气体膜市场呈现出以下发展趋势：
1. 制造技术的改进：随着制造技术的不断改进，气体膜的生产成本将进一步降低，从而推动市场的发展。
2. 新领域的开拓：随着对清洁能源和环境保护的要求日益增加，气体膜在新领域的应用潜力将逐渐被挖掘，如新能源储存和电池技术领域。
3. 产品性能的提升：气体膜技术的不断改进将进一步提升产品的性能，包括选择性分离能力、通量和寿命等方面。
氢气膜分离技术的现状、特点和应用 2
『．！１｜Ｊ！
｜一ｐｒｅｓ
氢气膜分离技术的现状、特点和应用
董子丰（中国科学院大连化学物理研究所，大连１１６０２．３）
一、概述
目前，在气休膜分离技术中，氢气膜分离技术是开发应用最早、适用范围很广、技术最
成熟和经济效益十分显著的膜分离技术
氢气膜分离技术主要用来从含氢和其它气体的混合气中，分离和提浓氢气。它在气体
膜分离技术中之所以占有如此重要位置，其原因不仅是因为氢气在化工和石化工业中的重要性，而且还在于氢气膜分离技术具有广泛的适用性和经济合理性。１氢气在化工和石油化工中具有非常重要的意义
在现代石油化学和炼油工业的一些大型工艺（如重整和裂解）过程中，氢气是重要产
物，同时，氢气又是重要的原料（合成氨、合成甲醇、加氢精制、加氢裂化）。石化工业是个耗氢大户，多年来，在石化工业中，氢气一直供不应求，随着原料油的加重和对辛烷值要求的提高，氢气的供需矛盾将会更加突出。据统计，每加工１吨原油，耗氢５０ＮＮ１３，我国原油年加工能力为１．６亿吨左右，油品加氢每年需耗氢８０亿ＮＭ＇。有人预计，和１９８５年相比，到２０００年全世界对氢气的需求量将翻一番！‘１。
如果用油来制氢，不仅工艺复杂，而且还需消耗大量的资源和能源，每生产１吨氢气将
耗原油５吨。一套制氢、加氢联合装置，其中制氢装置的投资占总投资的３０，而能耗却占
了７０％。 另一方面，石油在二次加工（如：催化重整、加氢裂化、加氢精制和催化裂化等）过程中，
由于发生一系列复杂的裂化、异构化、芳构化、氢转移和脱氢等化学反应，所以，石化工业每
天又会排放出大量的含氢气体。过去，由于没有合适的回收方法，只好把他们烧掉。为了合理的利用资源，节约能源和保护环境，最好的办法是选用合适的回收方法加以回收利用。
氢气膜分离技术就是其中一种较好的回收方法。１９８３年，国外采用膜分离技术从炼厂气中
回收的氢气量每日已达一百万立方米川。２．化工和石油化工的工况条件适合于氢气膜分离
现代化工和炼制的工艺过程，有些是在有压力的情况下进行的，而且，它所排放的气体