摘要：分離膜可有效實現(xiàn)氣體的選擇性分離，對氣體的分離系數(shù)是衡量分離效果的重要參考指標(biāo)。本文通過測試某種分離膜樣品對氮氣、二氧化碳的透過系數(shù)，評價了該樣品對氮氣、二氧化碳的分離能力，并介紹了試驗原理、壓差法原理檢測設(shè)備的參數(shù)及適用范圍、試驗過程等內(nèi)容，為分離膜分離效果的分析測試提供參考。

關(guān)鍵詞：分離膜、分離效果、分離系數(shù)、氮氣透過量、二氧化碳透過量、氮氣透過系數(shù)、二氧化碳透過系數(shù)、壓差法氣體滲透儀

1、意義

　　分離膜是一種具有選擇滲透能力的膜狀材料，其中的氣體分離膜是根據(jù)不同氣體在薄膜中滲透能力的不同實現(xiàn)對氣體的分離。與其他氣體分離技術(shù)相比，氣體分離膜具有常溫運行、耗能低、節(jié)能環(huán)保、無相變、操作簡便、占地面積小等優(yōu)勢，因此氣體分離膜在氮氣制備，氧氣富集，氫氣提純與回收，天然氣脫除硫化氫、二氧化碳等酸性氣體及水蒸氣等，回收有機蒸汽等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。影響氣體分離膜使用效果的因素包括滲透性能與選擇性等，滲透性能影響著分離膜的分離效率，選擇性則影響著分離膜對氣體的分離效果，良好的氣體分離膜應(yīng)具有高滲透性能及高選擇性能。分離系數(shù)是評價分離膜選擇性的重要參考指標(biāo)，本文針對性測試了某種分離膜樣品的分離系數(shù)。

2、試驗樣品

　　本次試驗以某種氣體分離膜為試驗樣品，測試該樣品對氮氣(N₂)、二氧化碳(CO₂)兩種氣體的分離效果。

3、試驗依據(jù)

　　分離系數(shù)可以用被分離氣體滲透系數(shù)的比值表示。N₂、CO₂的氣體滲透系數(shù)可用壓差法原理進(jìn)行測試，試驗過程依據(jù)GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法 壓差法》。

4、試驗設(shè)備

　　本文采用VAC-VBS壓差法氣體滲透儀對樣品進(jìn)行測試，該設(shè)備由濟(jì)南蘭光機電技術(shù)有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)。

4.1 試驗原理

　　依據(jù)壓差法原理研制的氣體滲透儀是通過氣體壓力差及壓力傳感器進(jìn)行測試的。氣體壓力差是實現(xiàn)氣體在試樣中滲透的動力，壓力傳感器則可監(jiān)測氣體的壓力變化。具體試驗過程為：裝夾的試樣將設(shè)備的測試腔分成上、下兩個腔，上腔中充入一定壓力的試驗氣體，下腔通過抽真空形成低壓環(huán)境，從而試驗氣體通過試樣從設(shè)備上腔滲透到下腔，下腔內(nèi)的氣壓會因透過氣體量的增多而變化，通過壓力傳感器實時監(jiān)測低壓腔內(nèi)壓力的變化情況，即可得到試樣的氣體透過量，氣體透過系數(shù)為氣體透過量與試樣厚度的乘積。

圖1  VAC-VBS壓差法氣體滲透儀

4.2 設(shè)備參數(shù)

　　測試范圍為0.1 ~ 100,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)；可同時完成3個試樣的測試，試驗結(jié)果為3個試樣測試結(jié)果的平均值；溫度范圍為15 ~ 55℃，控溫精度為±0.1℃；提供標(biāo)準(zhǔn)膜進(jìn)行快速校準(zhǔn)，保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通用性；支持Lystem^TM實驗室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗結(jié)果和檢測報告。

4.3 適用范圍

(1) 本設(shè)備適用于多種薄膜、片材的氣體滲透性能測試。

• 薄膜類：如各種塑料薄膜、分離膜、紙塑復(fù)合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復(fù)合膜等膜狀材料。
• 片材類：各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本設(shè)備還可擴(kuò)展到航空航天用材料、紙及紙板、漆膜、玻纖布、玻纖紙、化妝品軟管片材、各種橡膠片材等材料的透氣性測試。

(3) 本設(shè)備適用于多種氣體的透過率測試，如氧氣、二氧化碳、氮氣、氦氣、空氣等。

(4) 本設(shè)備滿足多項國家和標(biāo)準(zhǔn)，如ISO15105-1、ISO2556、GB/T1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003。

5、試驗過程

(1) 從樣品表面裁取3片直徑為97mm的試樣，并測量試樣的厚度。

(2) 在設(shè)備的三個測試腔試驗區(qū)域的周邊均勻涂抹一層薄薄的真空油脂，并各放置一片支撐用的濾紙，將試樣分別粘貼在設(shè)備的測試腔中，輕輕按壓試樣，去除試樣與測試腔接觸部位的氣泡。合緊測試腔上蓋。

(3) 設(shè)備連接氮氣氣源，在設(shè)備的控制軟件上設(shè)置試樣名稱、厚度、試驗溫度、濕度、試驗?zāi)Ｊ降葏?shù)信息，點擊試驗選項，試驗開始。設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行試驗，并在試驗結(jié)束后顯示試驗結(jié)果。

(4) 氮氣透過測試結(jié)束后，再將設(shè)備重新連接二氧化碳?xì)庠?，測試試樣的二氧化碳?xì)怏w滲透系數(shù)。

6、試驗結(jié)果

　　試驗測得該分離膜樣品的氮氣氣體滲透系數(shù)為6.3289 × 10^-11 cm³·cm·cm^-2·s^-1•cmHg^-1，二氧化碳?xì)怏w滲透系數(shù)為1.6455×10^-9cm³·cm·cm^-2·s^-1•cmHg^-1，則該分離膜對CO₂/N₂的分離系數(shù)為26.0。

7、結(jié)論

　　氣體的分離系數(shù)是評價分離膜分離效果的重要參數(shù)，本文分別測試了氮氣與二氧化碳?xì)怏w滲透系數(shù)，得到所測試分離膜樣品的CO₂/N₂分離系數(shù)，分離系數(shù)越高，說明分離膜對氣體的分離效果越好。本次使用的檢測設(shè)備對氣體滲透系數(shù)的測試精度高，試驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠，試驗效率高，且操作簡單。