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膜分離法也稱滲透法，在有機(jī)廢氣凈化中，是借載體空氣和有機(jī)蒸氣不同的滲透能力，或膜對(duì)氣體混合物中分子的不同選擇性而將其分開(kāi)。

就氣體滲透的分離機(jī)理而言，通?？蓞^(qū)分微孔膜、無(wú)孔膜。在微孔膜情況下， 按照氣體分子運(yùn)動(dòng)理論，氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均自由路程遠(yuǎn)比膜的孔徑大，物質(zhì)傳遞 是通過(guò)Knudsen擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)的。因此分離效應(yīng)取決于分子的質(zhì)量，即小的分子容易 通過(guò)，而大的分子被截留。在無(wú)孔膜的情況下，主要是膜對(duì)一定分子的選擇滲透， 因此不只是擴(kuò)散步驟，而且還有氣體在膜表面的吸收，氣體通過(guò)膜的擴(kuò)散和氣體在 膜表面上的解吸三個(gè)步驟。用于氣體滲透的半透膜一般要求膜的截留側(cè)維持較高的 壓力，從而導(dǎo)致很高的壓力損失。因此，通常將膜盡可能做得薄，以及為保持其一 定的機(jī)械穩(wěn)定性，用多孔承載層作為支承底層。

對(duì)于有機(jī)廢氣的凈化，用微孔膜是不合適的，因?yàn)檫@種膜截留的是少量低濃度 的揮發(fā)性有機(jī)物，其分子比空氣分子大；通過(guò)膜的是大量空氣，即要在高壓、高的 壓力損失條件下通過(guò)膜。這種膜主要用于分離并得到低分子量的純氣體，如氮或氫。目前有機(jī)廢氣的凈化主要采用對(duì)碳?xì)浠衔镉羞x擇性滲透的膜，即所用的膜要 能阻止小分子，而讓一定大的分子通過(guò)。通常這種膜是由具有彈性的高聚合物分子 組成，如硅橡膠。通過(guò)膜將有機(jī)蒸氣與載體空氣分開(kāi)時(shí)起到關(guān)鍵作用的是物質(zhì)的擴(kuò) 散傳遞速率，它是與膜的厚度成反比，而與分壓差成正比；為提高滲透的驅(qū)動(dòng)力， 常在膜的截留側(cè)（廢氣邊）加壓，而在滲透?jìng)?cè)（有機(jī)蒸氣濃縮邊）借冷卻、冷凝或 吸附減壓。在實(shí)際應(yīng)用中，通常膜是由多層材料構(gòu)成的一種復(fù)合材料膜，即：①很 容易通過(guò)的織物作支承層，例如聚酯；②微孔承載膜作為底膜，或稱中間層，例如 聚酰胺聚醍共聚物，膜厚約40Mm,孔寬*大為0.05rm,有機(jī)廢氣的所有組成部 分均可容易地通過(guò)；③只能讓有機(jī)蒸氣通過(guò)的無(wú)孔聚合物膜，例如硅橡膠（聚二甲 基硅氧烷）；膜厚一般為0.2?2^m°圖2.10表示了由這三層所構(gòu)成的復(fù)合膜。

有機(jī)蒸氣滲透膜裝置的關(guān)鍵部分是膜元件，常用的有中空纖維膜、平板膜和卷 式膜組件三種。圖2. 11為中空纖維型（a）和板式型（b）兩種膜分離裝置的大致 構(gòu)造。

中空纖維型［圖2.11(a)］的結(jié)構(gòu)類似常見(jiàn)的管束換熱器，管束兩端與合成樹(shù) 脂澆鑄的管板相連接，分離層膜可涂在管束的內(nèi)表面，也可涂在管束的外表面。 圖2.11(a)表示了廢氣從管內(nèi)通過(guò)，這樣蒸氣由管內(nèi)向外滲透；反之，若分離層膜 涂在管束的外表面，則流動(dòng)方向與上述相反。板式型［圖2.11(b)］的結(jié)構(gòu)與板式 換熱器或板式過(guò)濾器相似，分離層膜涂在板的兩側(cè)，這樣蒸氣由外向板內(nèi)滲透，并 通過(guò)壓差使膜緊貼于板面。板片可由多孔材料做成，板面上開(kāi)有流道。圖2.11(b) 表示廢氣從板間、并經(jīng)折流板流過(guò)各層膜元件；滲透蒸氣則經(jīng)多孔板流入中央集氣 管排出。

一般膜分離過(guò)程的應(yīng)用范圍是：有機(jī)廢氣的濃度從每標(biāo)準(zhǔn)立方米10g到幾百 克，廢氣處理量為100?2000Nm3/h［8］。

迄今為止，在空氣凈化領(lǐng)域內(nèi)，膜分離法如同上述的冷凝過(guò)程一樣，主要用于 回收有價(jià)值的有機(jī)化合物，而不是以空氣凈化、達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)為目的單獨(dú)用來(lái)處理

有機(jī)廢氣。

這里舉幾個(gè)膜分離法處理有機(jī)廢氣的例子。

（1） 從氣相法聚乙烯裝置的尾氣中回收炷類⑴ 原裝置采用先低壓冷卻、冷 凝，然后再用高壓冷凝方法來(lái)回收排放氣中的1-丁烯和異戊烷。低壓冷凝溫度為 -10°C,高壓冷凝溫度為一 10?一2°C,壓力為1000kPao尾氣經(jīng)冷凝回收處理后， 排放到火炬燃燒處理的量仍有1750kg/ho2006年添置了膜分離裝置，該裝置放在 原高壓冷凝器后、緩沖罐前，并采用以聚酰胺聚醍共聚物作底膜、硅橡膠涂層的復(fù) 合膜。滲透氣返回至低壓冷卻器前再循環(huán)，從而使1 -丁烯、異戊烷經(jīng)過(guò)膜滲透后 的濃度提高了 2?3倍，1 -丁烯、異戊烷和乙烯的總脫除率達(dá)83%。在24t/h的負(fù) 荷條件下，炷類回收量增加85.92kg/ho若對(duì)整個(gè)系統(tǒng)作進(jìn)一步優(yōu)化，預(yù)計(jì)可多回 收炷類120kg/ho

（2） 處理汽油配送站在灌裝汽油時(shí)排放的含VOC廢氣® 某汽油配送站為處 理灌裝汽油時(shí)產(chǎn)生的VOC廢氣，采用了兩級(jí)膜分離裝置來(lái)回收、凈化廢氣。排風(fēng) 氣中VOC總濃度約為450g/Nm3,經(jīng)膜分離截留后空氣中VOC平均濃度仍有5g/ Nm3,回收率約為99%。為使廢氣排放符合法規(guī)，還采用催化燃燒裝置來(lái)作*后 凈化處理。

（3） 聚氯乙烯生產(chǎn)中回收氯乙烯單體 Goodyear Tireand Rubber公司為回收 一些未反應(yīng)的氯乙烯單體，通常將排放氣先冷卻，使容易揮發(fā)的單體冷凝分離。從 冷凝器出來(lái)的氣流中還含有50%的氯乙烯，以前都采用焚燒處理。這樣，焚燒損 失的氯乙烯約占生產(chǎn)所需氯乙烯總量的1%,即每年損失有價(jià)值的氯乙烯約250to 自從 MTR （Membrane Technology and Research, USA）為該廠安裝了膜分離裝 置后，氯乙烯單體的回收率達(dá)90%?99%,可回收氯乙烯單體約50?100kg/h。當(dāng) 然，*后廢氣在排入大氣之前，還要經(jīng)過(guò)焚燒處理和HC1氣體的洗滌。

典型膜分離過(guò)程的流程可用圖2. 12表示。

 

原料有機(jī)廢氣經(jīng)壓縮后先進(jìn)入冷凝器，并回收冷凝下來(lái)的VOC,未冷凝的廢 氣進(jìn)入膜分離裝置。通過(guò)膜分離，滲透出的有機(jī)物返回到原料氣中再一起壓縮；未 滲透的氣體作為凈化氣排出。在工業(yè)應(yīng)用中，為維持膜兩側(cè)具有較大的分壓差，通 常在截留側(cè)（廢氣進(jìn)入側(cè)）加壓，而在滲透?jìng)?cè)（有機(jī)蒸氣凝縮側(cè)）保持負(fù)壓。 

膜分離技術(shù)已成功地用于voc的回收，例如：回收脂肪和芳香族碳?xì)浠?物，含氯溶劑、酮、醛、月青、酚、醇、胺等大部分有機(jī)化合物。特別是石油化工生 產(chǎn)中的尾氣、排放氣含有機(jī)化合物的濃度較高，以前大多送至火炬燒掉，十分可 惜，現(xiàn)在可用膜技術(shù)回收。但應(yīng)指出的是，在一定的任務(wù)范圍內(nèi)應(yīng)用膜分離法可有 效、經(jīng)濟(jì)地回收VOC,可作為廢氣凈化的預(yù)處理工序；若要達(dá)到符合環(huán)保法規(guī)所 要求的標(biāo)準(zhǔn)，必須用其他凈化方法作進(jìn)一步處理，例如：吸附、生化和熱力燃燒等 方法。