膜分离技术的一项新进展
2007-05-03 23:03:27   来源：安徽教育学院学报   评论：0 点击：

取代现有吸收、萃娶精馏等耗能过程[8]。

2　气体分离膜技术的一项新进展然而,膜分离技术的发展不仅仅以膜孔径越来越小为标志,研究表明:膜孔的形状、孔壁性质、被分离物与孔的相互作用等因素在分离过程中常起着关键的作用。就像纳滤膜的表面带电通过电荷效应对多肽和氨基酸进行分离。因此近些年的研究主要集中在研发高通量、高选择性以及化学稳定性、热稳定性好的新型膜材料。膜材料种类随之增多。仅气体分离膜就有有机膜,如各种高分子聚合膜;无机膜如陶瓷膜、玻璃膜、金属膜、分子筛膜等[9]。膜的分离的机制也相当复杂,就气体分离而言,90年代有人总结出四种分类机制[10]:即Ｋｎｕｄｓｅｎ扩散(Ｋｎｕｄｓｅｎｄｉｆｆｕ ｓｉｏｎ)、表面扩散(Ｓｕｒｆａｃｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎ)、液流毛细管凝聚(Ｃａｐｉｌｌａｒｙｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎｗｉｔｈｌｉｑｕｉｄｆｌｏｗ)和分子筛滤(Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｉｅｖｉｎｇ)。Ｋｎｕｄｓｅｎ扩散需用比较大的孔径,扩散速率与分子质量的平方根成反比。表面扩散和液流毛细管凝聚与气体分子与孔壁的相互作用有关。分子筛滤需用比较小的孔对不同大小的分子进行筛选。随着人们对膜分离机制认识的深入,对膜的研制不再简单地考虑改变膜的孔径与形状,而更多地在膜表面用化学反应的方法、膜表面吸附或络合等方法进行改性。根据不同的分离对象,引入不同的活性基团,达到高选择、高效率的分离目的。美国加利福尼亚膜技术研究所的ＩｎｇｏＰｉｎｎａｕ等人已经研制出一种反向过滤的膜[11],即让大的分子通过,而截留住小的分子。他们是通过添加非多孔性的过滤材料实现了这个过程,这种添加物能增大膜对大分子的渗透性。他们的研究是基于气体分离技术已有的进展和面临的问题之上的。在此之前,反向选择的膜已有研究。它的分离机制是:首先允许化合物直接地溶解进入膜的多孔基底,然后分子扩散到另一边。因为大分子凝聚成液体更容易,这种膜对不同的物质有“溶解度选择性”,它使得大分子比小分子的成分溶解更快,结果是大分子在膜的另一边比例增加,但是分离的效果很不理想,因为大分子扩散通过膜的基底的速度比较慢。这种分离原理是利用物质的溶解扩散能力的差异来达到分离目的。Ｐｉｎｎａｕ和他的同事们的研究重点是提高分子的扩散速度。他们对具有反向选择的聚合物取代聚乙炔进行了修饰,即添加熔凝硅石(ｆｕｓｅｄｓｉｌｉｃａ),一种纳米大小的砂粒。添加这种硬的粒子的效果是:形似细面条的聚合物链只能围绕着这些砂粒,取代的聚乙炔链是僵硬的,熔凝硅石粒子作为间隔物张开聚乙炔链,使得张开的空隙允许大分子更快地扩散通过。这种改进后的复合膜的效率比原来增大了一倍。这种膜可以用来去掉天然气中不需要的成分,将甲烷与其它的碳氢化合物分开,如果能够投入使用,它的一个巨大功绩将是可以使天然气的开发更经济。