深センHuaheshengの技術Co.、株式会社
微多孔性ろ過膜ロール材の製造・販売
86-18675555716

ガス分離膜の分離メカニズムは何ですか?

公開時間:2023-11-29 15:21

ガス分離膜の動作原理は、ガス分子のサイズ、形状、極性、化学的相互作用などの要因によって決まり、これらの特性によって各ガス分子が膜を通過する速度が決まります。ガスの種類や形状が異なるため、使用される膜 それぞれの種類の膜は異なる分離メカニズムに基づいて機能するため、それらも異なります。一般的に使用されるガス分離メカニズムと対応する膜の種類をいくつか示します。

フィルター膜の交換、 濾過膜は



1. 溶液拡散メカニズム. このメカニズムは、ガス分子が膜材料にどのように溶解し、その後膜を通って拡散するかを指します. このメカニズムは、ガス分子の溶解度と拡散速度によって決定されます. ガス混合物は膜の片面に接触し、ガス分子はその溶解度に基づいてポリマーマトリックスに選択的に溶解します 一度溶解すると、ガス分子はポリマー鎖を通って膜の反対側に拡散します 拡散速度は各ガスの濃度勾配、溶解度、拡散によって決まりますポリイミド、ポリスルホン、酢酸セルロースなどの材料で作られた膜など、一般的に使用されるポリマーガス分離膜は、溶液の拡散に作用します。 このメカニズムは、二酸化炭素やメタンなど、溶解度の異なるガスを分離する場合に特に効果的です。


2. クヌーセン拡散メカニズムは、膜内の狭い細孔またはチャネルを通る気体分子の異なる拡散速度の作用に基づいており、デンマークの物理学者マーティン・クヌーセンにちなんで名付けられました。セン拡散では、気体分子は衝突することによって膜を通過します。狭い細孔またはチャネルの壁に沿って拡散します。拡散速度は、ガス分子のサイズと細孔またはチャネルのサイズによって決まります。ガス分子が小さいほど、細孔またはチャネルを迅速に拡散する可能性が高くなります。一方、ガス分子が大きいほど、細孔またはチャネルを通って拡散する可能性が高くなります。より頻繁な衝突と遅い拡散を経験するため、クヌーセン拡散メカニズムは、ナノ多孔質構造を持つ膜に特に関連しています。これらの膜は「クッセン膜」または「ナノ多孔質膜」と呼ばれ、通常はゼオライト、有機金属フレームワーク (MOF) などの材料で作られています。またはシリカの場合、細孔サイズは数ナノメートル以下の範囲にあります。 クヌーセン拡散メカニズムは、水素やヘリウムなどの軽いガスを炭化水素などの大きな分子から分離するなど、分子サイズが大きく異なるガスを分離するのに非常に効果的です。


3. 分子ふるいのメカニズム 膜の細孔には一定のサイズがあり、小さなガス分子は膜を通過できますが、大きなガス分子は通過できません。これらのメカニズムは膜の細孔サイズとガス分子のサイズに依存します。 微多孔ろ過膜やゼオライト膜などは、分子ふるい機構を通じてサイズと形状に応じてガスを分離します。これらは特定のサイズ分布を持っており、より小さなガス分子は通過させ、より大きな分子はブロックします。この選択性は分子サイズに基づいています。ガス混合物の分離。


4. 分子の選択機構. たとえば、いくつかの複合膜は、ポリマーマトリックスと、特定の輸送促進剤またはキャリアを含む選択層を組み合わせています. これらのキャリアは、標的ガス分子と化学反応して、膜の透過性を高めます. 促進された輸送機構は、特に天然ガスや排ガスからの二酸化炭素など、担体と化学反応するガスを分離するのに適しています。担体は二酸化炭素分子と選択的に結合し、膜のスムーズな通過を促進します。


5. イオン輸送機構、すなわちイオン交換膜 イオン交換膜は通常、過フッ素化ポリマーなどの材料でできており、ガスをそのイオン特性に応じて分離し、中性ガス分子を遮断しながらイオンを選択的に透過させることができます。水素燃料電池などの用途では、膜は水素を他のガスから分離しながらプロトン (H+ イオン) を選択的に輸送します。


ほとんどのガス分離膜は、これらの機構を組み合わせて使用することで、目的の分離性能を実現できます。特定の膜と分離機構の選択は、対象ガス混合物、必要な選択性、操作条件、その他の要因によって異なります。これらは目に見えず、触れることもできませんが、私たちは無形物質を気にしないこともありますが、ほとんどすべてのものは無形物質と切り離すことができず、無形物質を必要とするあらゆる分野において科学的に非常に重要です。