自1980年P(guān)emea（現(xiàn)為AirProducts）在市場上推出氫分離Prism膜以來，美國氣體分離膜市場銷售額（膜和膜組件）由1985年的0.14億美元增至2000年的1.5億美元，而且仍保持穩(wěn)定增長態(tài)勢。近年，美國將膜研究作為其先進(jìn)技術(shù)項目之一，歐洲膜協(xié)會也向歐盟提交文件，要求把膜研究作為重要研究領(lǐng)域之一。
分類
按照分離機(jī)理，氣體分離膜大致可分為3類：
1.“單一”溶解-擴(kuò)散膜
這類膜傳質(zhì)過程為：上游氣相中氣體分子首先溶解干膜，然后擴(kuò)散過膜，最后在下游氣相中解吸。這類膜可進(jìn)一步分為3種：聚合物溶解-擴(kuò)散膜、分子篩和選擇表面流膜。
聚合格溶解-擴(kuò)散膜是商業(yè)應(yīng)用膜的主要材料，多為玻璃態(tài)聚合物七像膠態(tài)聚合物。玻璃態(tài)聚合物優(yōu)先透過小的非可凝性氣體，如H2、N2和CH4等；像膠態(tài)聚合物優(yōu)先滲透透大的可凝性氣體，如丙烷和丁烷。
聚合物較其他膜材料更具經(jīng)濟(jì)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(wěn)定性會受到影響。
分子篩 膜材料的另1種選擇，主要借助分子大小差異實現(xiàn)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，制造費用昂貴。
表面選擇流膜 有些情況下，需要有利于較大滲透物透過膜，而截留較小的組分。這類發(fā)離可通過表面選擇流膜實現(xiàn)。這類膜具有納米孔洞，在孔洞表面上對吸附能力較強(qiáng)的組分選擇吸附，然后吸附組分通過孔表面擴(kuò)散。由于吸附分子在膜孔中不產(chǎn)生空隙，從而對小的非吸附組分的傳遞產(chǎn)生阻力。最近，研究人員正在使用表面選擇流機(jī)理的膜組件進(jìn)行中間放大試驗。
2.“復(fù)雜”溶解-擴(kuò)散膜
這類膜類似于“單一”溶解-擴(kuò)散膜，但分離機(jī)理較“單一”溶解-擴(kuò)散膜復(fù)雜?？梢赃M(jìn)一步分為2類：促進(jìn)傳遞膜和氫分離用鈀（合金）膜。
促進(jìn)傳遞膜 優(yōu)點是：在低的濃度推動力下即可實現(xiàn)高的滲透性能，選擇性高；缺點是穩(wěn)定性差，至今尚無工業(yè)化應(yīng)用。
鈀基膜 其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；然后原子氫在金屬內(nèi)部擴(kuò)散過膜，并在膜下游重新結(jié)合為氫分子。由于純鈀膜經(jīng)多個氫吸附和脫附循環(huán)后會發(fā)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(yīng)器，結(jié)合某些反應(yīng)在一個單元中完成氫的產(chǎn)生和分離。
3.離子導(dǎo)體膜
由離子導(dǎo)體材料制成，其中最重要的是固體氧化物膜和質(zhì)子交換膜。
固體氧化物膜 可分為2類：混合離子電子導(dǎo)體（MIEC）和固體氧化物。MIEC能夠傳導(dǎo)氧離子和電子，用于需要氧或氧離子的非電化學(xué)過程。固體氧化物則僅傳導(dǎo)氧離子，不傳導(dǎo)電子，這種情況下，電子通過外電路傳導(dǎo)，產(chǎn)生電能。氧的傳遞過程包括2個氣-膜表面的電化學(xué)反應(yīng)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(guī)模應(yīng)用前需要解決高溫密封，以及膜對溫度的敏感性等問題。
質(zhì)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(dǎo)質(zhì)子，不傳導(dǎo)電子。膜材料可以為聚合物或無機(jī)物，最常用的為Nafion（1種磺化聚合物）。這類膜已在燃料電池中獲得應(yīng)用。
分類
按照分離機(jī)理，氣體分離膜大致可分為3類：
1.“單一”溶解-擴(kuò)散膜
這類膜傳質(zhì)過程為：上游氣相中氣體分子首先溶解干膜，然后擴(kuò)散過膜，最后在下游氣相中解吸。這類膜可進(jìn)一步分為3種：聚合物溶解-擴(kuò)散膜、分子篩和選擇表面流膜。
聚合格溶解-擴(kuò)散膜是商業(yè)應(yīng)用膜的主要材料，多為玻璃態(tài)聚合物七像膠態(tài)聚合物。玻璃態(tài)聚合物優(yōu)先透過小的非可凝性氣體，如H2、N2和CH4等；像膠態(tài)聚合物優(yōu)先滲透透大的可凝性氣體，如丙烷和丁烷。
聚合物較其他膜材料更具經(jīng)濟(jì)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(wěn)定性會受到影響。
分子篩 膜材料的另1種選擇，主要借助分子大小差異實現(xiàn)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，制造費用昂貴。
表面選擇流膜 有些情況下，需要有利于較大滲透物透過膜，而截留較小的組分。這類發(fā)離可通過表面選擇流膜實現(xiàn)。這類膜具有納米孔洞，在孔洞表面上對吸附能力較強(qiáng)的組分選擇吸附，然后吸附組分通過孔表面擴(kuò)散。由于吸附分子在膜孔中不產(chǎn)生空隙，從而對小的非吸附組分的傳遞產(chǎn)生阻力。最近，研究人員正在使用表面選擇流機(jī)理的膜組件進(jìn)行中間放大試驗。
2.“復(fù)雜”溶解-擴(kuò)散膜
這類膜類似于“單一”溶解-擴(kuò)散膜，但分離機(jī)理較“單一”溶解-擴(kuò)散膜復(fù)雜?？梢赃M(jìn)一步分為2類：促進(jìn)傳遞膜和氫分離用鈀（合金）膜。
促進(jìn)傳遞膜 優(yōu)點是：在低的濃度推動力下即可實現(xiàn)高的滲透性能，選擇性高；缺點是穩(wěn)定性差，至今尚無工業(yè)化應(yīng)用。
鈀基膜 其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；然后原子氫在金屬內(nèi)部擴(kuò)散過膜，并在膜下游重新結(jié)合為氫分子。由于純鈀膜經(jīng)多個氫吸附和脫附循環(huán)后會發(fā)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(yīng)器，結(jié)合某些反應(yīng)在一個單元中完成氫的產(chǎn)生和分離。
3.離子導(dǎo)體膜
由離子導(dǎo)體材料制成，其中最重要的是固體氧化物膜和質(zhì)子交換膜。
固體氧化物膜 可分為2類：混合離子電子導(dǎo)體（MIEC）和固體氧化物。MIEC能夠傳導(dǎo)氧離子和電子，用于需要氧或氧離子的非電化學(xué)過程。固體氧化物則僅傳導(dǎo)氧離子，不傳導(dǎo)電子，這種情況下，電子通過外電路傳導(dǎo)，產(chǎn)生電能。氧的傳遞過程包括2個氣-膜表面的電化學(xué)反應(yīng)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(guī)模應(yīng)用前需要解決高溫密封，以及膜對溫度的敏感性等問題。
質(zhì)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(dǎo)質(zhì)子，不傳導(dǎo)電子。膜材料可以為聚合物或無機(jī)物，最常用的為Nafion（1種磺化聚合物）。這類膜已在燃料電池中獲得應(yīng)用。