VOCs氣體分離膜按分離機理如何分類?有幾類呢?

2020-12-04 煙臺誠雲網絡科技

無論是廢氣處理設備,還是各種廢氣處理輔助產品,它們的種類都是十分豐富的,因為自然界中會產生汙染的廢氣種類太多,為了避免各類廢氣給自然環境帶來危害,它們的種類也就越來越多了。那VOCs氣體分離膜按分離機理如何分類呢?中盛環保為您介紹如下。

1.「單一」溶解-擴散膜

這類膜傳質過程為:上遊氣相中氣體分子先溶解於膜,然後擴散過膜,末尾在下遊氣相中解吸。這類膜可進一步分為3種:聚合物溶解-擴散膜、分子篩和表面選擇流膜。

聚合物溶解-擴散膜是商業應用膜的主要材料,多為玻璃態聚合物與像膠態聚合物。玻璃態聚合物優先透過小的非可凝性氣體,如H2、N2和CH4等;像膠態聚合物優先滲透透大的可凝性氣體,如丙烷和丁烷。

聚合物溶解-擴散膜較其他膜材料更具經濟性,是氣體分離用膜的主要材料,其主要問題是高溫、高壓及存在高吸附性組分時,穩定性會受到影響。

分子篩膜材料是另一種選擇,主要藉助分子大小差異實現分離。這類膜具有非常小的、可排斥某些分子的超微孔,而允許另一些分子通過。實驗室研究表明這類膜的滲透性能極具吸引力。然而,這類膜加工困難,易碎,製造費用昂貴。

表面選擇流膜有利於較大滲透物透過膜,而截留較小的組分。這類分離可通過表面選擇流膜實現。這類膜具有納米孔隙,在孔隙表面上對吸附能力較強的組分選擇吸附,然後吸附組分通過孔表面擴散。由於吸附分子在膜孔中不產生空隙,從而對小的非吸附組分的傳遞產生阻力。

2.「複雜」溶解-擴散膜

這類膜類似於「單一」溶解-擴散膜,但分離機理較「單一」溶解-擴散膜複雜。可以進一步分為2類:促進傳遞膜和氫分離用鈀(合金)膜。

促進傳遞膜的優點是:在低的濃度推動力下即可實現高的滲透性能,選擇性高。

鈀基膜對氫具有很高的選擇性。氫分子在鈀膜表面吸附解離,形成具有部分共價鍵的鈀雜化物;然後原子氫在金屬內部擴散過膜,並在膜下遊重新結合為氫分子。由於純鈀膜經多個氫吸附和脫附循環後會發生氫脆,常用鈀合金代替。這類膜的典型用途是作為膜的反應器,結合某些反應在一個單元中完成氫的產生和分離。

3.離子導體膜

由離子導體材料製成,其中比較重要的是固體氧化物膜和質子交換膜。

固體氧化物膜可分為2類:混合離子電子導體(MIEC)和固體氧化物。MIEC能夠傳導氧離子和電子,用於需要氧或氧離子的非電化學過程。固體氧化物則僅傳導氧離子,不傳導電子,這種情況下,電子通過外電路傳導,產生電能。氧的傳遞過程包括2個氣-膜表面的電化學反應和氧離子透過固體氧化物膜等3個步驟。與聚合物膜相比,這類膜具有高的選擇性和通量,但需要高溫(700℃)下操作,大規模應用前需要解決高溫密封,以及膜對溫度的敏感性等問題。

質子交換膜,從某種意義上說是固體氧化物的類似物,也是只傳導質子,不傳導電子。膜材料可以為聚合物或無機物,常用的為Nafion(噶種磺化聚合物)。這類膜已在燃料電池中獲得應用。

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