文献综述

2011学院化学工程专业：王玉成

指导老师：顾学红

1. 气体分离技术的研究背景

分离和纯化过程几乎渗人到了所有的工业和研究领域，特别是在气体分离、水法冶金、高纯或超纯材料制备、环境保护等领域中分离过程更是具有举足轻重的地位。

近年来人们越发认识到了分离和纯化过程在工业生产过程中的重要性，C.J.King^[1]等13位专家在其向美国政府提交的报告中指出分离科学和技术研究的进展对于保持和提高美国在一系列领域内的经济竞争力是至关重要的，这对我国也同样如此。

随着科学和生产技术水平的发展^[2]现在诞生了新的工业体系”工业气体工业”。品种繁多的气体产品，有的要求99.9999%以上的高纯度，有的要求特定的成份配比，有的要求相当大的产量。近十几年来，气体分离技术产生了许多新工艺，如超临界气体萃取分离技术、气体膜分离技术、带液氧泵的低温空气分离技术、超重力气体分离技术、PSA气体分离技术、金氮化物气体分离技术、多孔玻璃气体分离技术、渗透蒸发法膜分离技术及多种分离工艺的结合的分离技术等。

由于膜分离^[3]装置的工业化及其技术上的不断改进，使传统工艺受到了猛烈冲击。膜分离技术进人了气体分离等领域，显示出经济、节能、设备简单和易操作等优点，被广泛地重视，复合膜的成功使膜分离可同时得到高选择比和大处理量。膜分离器已广泛用于从炼厂气和化工合成排放气中分离H₂，从天然气中脱除H₂S和CO₂从空气中分离O₂、N₂从矿井气或沼气中分离回收CH₄，从空气中脱湿，从天然气中分离He等。膜分离的开发先驱#8212;孟山都公司^[4]在世界范围内已售出膜装置1000台以上，在不断的改进巾获得专利100余项。道化学公司为了寻求分离氮的膜材料，对650种聚合物进行了测试研究，最后确定其中一种作为空气分离生产氮的膜材料。

2. 分子筛膜概述

膜分离技术是一门新兴的分离、提纯和净化技术，目前已广泛用于食品、饮料、冶金、造纸、纺织、制药、汽车、生物和化工等领域。按膜材料不同，可以分为无机膜和有机膜，与有机膜相比，无机膜具有优异的化学稳定性、热稳定性和机械强度。无机膜又可分为金属致密膜(如把膜、银膜和合金膜等)、无机多孔膜(如氧化铝膜、氧化硅膜、氧化钛膜和氧化锆膜等)和分子筛膜等。分子筛膜的孔道具有一定的形状且结构可控、孔径可调且分布均匀、孔径大小与分子尺寸相近。由于分子筛膜特异的孔结构，因此具有选择透过性和择形催化作用，并且还可以通过离子交换对分子筛膜进行改性。分子筛膜在分子水平上的分离和催化作用使其在膜分离^[5]、膜催化^[6-7]和膜反应器^[8-11]等领域有诱人的应用前景，近年来已成为无机膜材料的研究热点。分子筛膜能否应用到实际工业中取决于它能否在适合的载体上重现性好地制备出高选择性、高渗透通量、无缺陷、大面积、可再生的分子筛膜^[12]。目前分子筛膜的研究和应用仍仅限于实验室研究和小面积的制备和应用。因此，高性能分子筛膜的合成仍然是分子筛膜技术发展的关键。