气体分离的膜结构

    制膜材料有许多种，即使是用同一种材料膜，如果制膜工艺不同，膜结构差别也很大。和膜结构有关的术语有许多，如对称膜和非对称膜，均质膜和非均质膜，皮层、过渡层和支撑层、孔形状、孔径及其分布，以及结晶度、高分子形态等。工业上气体分离大都使用非对称膜和复合膜，其中和性能密切相关的有膜孔径、孔隙率和膜厚等。

    (1)气体膜孔径

    气体膜分离是依据溶解一扩散机理进行的，如果膜上有孔存在，将导致气体膜的分离性能下降。如采用复合膜，太大的孑L会使涂层堵孔变得困难。因此，膜孑L径大小对膜性能至关重要。

    通常聚合物膜上的孔都不是单径，具有孔径分布。大多数孔径分布可用如图所示的高斯分布描述。通常所说的膜孔径有最大孔径和平均孑L径之分。膜孔径测定可用透射或扫描电子显微镜直接观察膜孔的几何形状，确定孔径和孔分布。近年来原子力显微镜(AFM)经常被用来测定膜表面孔的大小、形态以及表面粗糙度等。

    另外，也有用物理方法的，其中包括泡压法、压汞法、滤速法、气体渗透法等。由于所依据的物理效应不同，对同一样品膜，如采用的测定方法不同，得到的平均孑L径并不一致，甚至有的还相差比较大。

    (2)气体膜孔隙率

    气体膜孔隙率通常定义为单位膜面积上孑L所占面积的比例。孔隙率大小影响膜分离性能，根据阻力模型计算，当膜孔隙率为10_6时，分离系数很低，基本上呈孔流现象，即使采用涂层堵孔，其分离性能也没有明显提高。

    常用测定膜孔隙率方法主要有压汞法、气体渗透法及液体转换法等。其中，气体渗透法比较适合气体分离膜的孔径和孑L隙率测定。该法主要是把其中气体透过膜可考虑的三种机理，即气体分子在膜中滑移的黏性流，分子扩散流和溶解一扩散流的渗透速率，针对不同情况进行组合和计算出来的。

    (3)气体膜厚

    气体膜厚对膜的渗透性能影响很大，而对分离性能一般影响不大。均质膜的厚度可用千分尺直接测量其断面厚度得到。非对称膜可分为两方面：一是膜断面厚度，它主要影响膜承受压力能力；另一是膜皮层厚度，它直接关系到膜的渗透分离能力。

    气体膜层厚度测定方法有电镜法和气体渗透法，由于皮层和支持层之间没有明显界线，用电镜法会有较大误差。当孔隙率很小时，用渗透法较好。