分离膜对气体分离效果的测试方法
2021-05-31 11:24:07 来源：Labthink兰光
摘要：分离膜可有效实现气体的选择性分离，对气体的分离系数是衡量分离效果的重要参考指标。本文通过测试某种分离膜样品对氮气、二氧化碳的透过系数，评价了该样品对氮气、二氧化碳的分离能力，并介绍了试验原理、压差法原理检测设备的参数及适用范围、试验过程等内容，为分离膜分离效果的分析测试提供参考。
关键词：分离膜、分离效果、分离系数、氮气透过量、二氧化碳透过量、氮气透过系数、二氧化碳透过系数、压差法气体渗透仪
1、意义
分离膜是一种具有选择渗透能力的膜状材料，其中的气体分离膜是根据不同气体在薄膜中渗透能力的不同实现对气体的分离。与其他气体分离技术相比，气体分离膜具有常温运行、耗能低、节能环保、无相变、操作简便、占地面积小等优势，因此气体分离膜在氮气制备，氧气富集，氢气提纯与回收，天然气脱除硫化氢、二氧化碳等酸性气体及水蒸气等，回收有机蒸汽等领域均有广泛应用。影响气体分离膜使用效果的因素包括渗透性能与选择性等，渗透性能影响着分离膜的分离效率，选择性则影响着分离膜对气体的分离效果，良好的气体分离膜应具有高渗透性能及高选择性能。分离系数是评价分离膜选择性的重要参考指标，本文针对性测试了某种分离膜样品的分离系数。
2、试验样品
本次试验以某种气体分离膜为试验样品，测试该样品对氮气(N2)、二氧化碳(CO2)两种气体的分离效果。
3、试验依据
分离系数可以用被分离气体渗透系数的比值表示。N2、CO2的气体渗透系数可用压差法原理进行测试，试验过程依据GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法》。
4、试验设备
本文采用VAC-VBS压差法气体渗透仪对样品进行测试，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。
4.1 试验原理
依据压差法原理研制的气体渗透仪是通过气体压力差及压力传感器进行测试的。气体压力差是实现气体在试样中渗透的动力，压力传感器则可监测气体的压力变化。具体试验过程为：装夹的试样将设备的测试腔分成上、下两个腔，上腔中充入一定压力的试验气体，下腔通过抽真空形成低压环境，从而试验气体通过试样从设备上腔渗透到下腔，下腔内的气压会因透过气体量的增多而变化，通过压力传感器实时监测低压腔内压力的变化情况，即可得到试样的气体透过量，气体透过系数为气体透过量与试样厚度的乘积。
图1 VAC-VBS压差法气体渗透仪
4.2 设备参数
测试范围为0.1 ~ 100,000 cm3/(m2·24h·0.1MPa)；可同时完成3个试样的测试，试验结果为3个试样测试结果的平均值；温度范围为15 ~ 55℃，控温精度为±0.1℃；提供标准膜进行快速校准，保证检测数据的准确性和通用性；支持LystemTM实验室数据共享系统，统一管理试验结果和检测报告。
4.3 适用范围
(1) 本设备适用于多种薄膜、片材的气体渗透性能测试。
- 薄膜类：如各种塑料薄膜、分离膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等膜状材料。
- 片材类：各种工程塑料、橡胶、建材等片状材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。
(2) 本设备还可扩展到航空航天用材料、纸及纸板、漆膜、玻纤布、玻纤纸、化妆品软管片材、各种橡胶片材等材料的透气性测试。
(3) 本设备适用于多种气体的透过率测试，如氧气、二氧化碳、氮气、氦气、空气等。
(4) 本设备满足多项国家和国际标准，如ISO15105-1、ISO2556、GB/T1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003。
5、试验过程
(1) 从样品表面裁取3片直径为97mm的试样，并测量试样的厚度。
(2) 在设备的三个测试腔试验区域的周边均匀涂抹一层薄薄的真空油脂，并各放置一片支撑用的滤纸，将试样分别粘贴在设备的测试腔中，轻轻按压试样，去除试样与测试腔接触部位的气泡。合紧测试腔上盖。
(3) 设备连接氮气气源，在设备的控制软件上设置试样名称、厚度、试验温度、湿度、试验模式等参数信息，点击试验选项，试验开始。设备按照设定的参数进行试验，并在试验结束后显示试验结果。
(4) 氮气透过测试结束后，再将设备重新连接二氧化碳气源，测试试样的二氧化碳气体渗透系数。
6、试验结果
试验测得该分离膜样品的氮气气体渗透系数为6.3289 × 10-11 cm3·cm·cm-2·s-1cmHg-1，二氧化碳气体渗透系数为1.6455×10-9cm3·cm·cm-2·s-1cmHg-1，则该分离膜对CO2/N2的分离系数为26.0。
7、结论
气体的分离系数是评价分离膜分离效果的重要参数，本文分别测试了氮气与二氧化碳气体渗透系数，得到所测试分离膜样品的CO2/N2分离系数，分离系数越高，说明分离膜对气体的分离效果越好。本次使用的检测设备对气体渗透系数的测试精度高，试验结果准确可靠，试验效率高，且操作简单。济南兰光机电技术有限公司是一家从事包装检测设备研发生产与包装检测服务的高新技术企业，新推出的C系列阻隔性检测设备，采用自主传感器技术，在测试精度、效率与自动化方面进行了革命性升级，实现了包装阻隔性设备的震撼蜕变。了解关于更多相关信息，您可以登陆济南兰光机电技术有限公司网站查看具体信息或致电咨询。Labthink兰光期待与行业中的企事业单位增进技术交流与合作。
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图1 VAC-VBS压差法气体渗透仪4.2 设备参数
