
【医】 atmolysis
【化】 micropore; microvoid
cent; dispart; distribute; divide; marking; minute
【计】 M
【医】 deci-; Div.; divi-divi
gas
【医】 aer-; aero-; air; atmo-; physo-; pneuma; pneuma-; pneumato-; pneumo-
dharma; divisor; follow; law; standard
【医】 method
【经】 law
微孔分气法(Microporous Gas Separation)是一种利用具有特定孔径大小(通常小于2纳米)的材料选择性分离混合气体中不同组分的技术。其核心原理是不同气体分子因动力学直径、吸附性或扩散速率差异,在通过微孔结构时产生分离效果。以下是该技术的详细解释:
微孔(Microporous)
指材料内部存在直径≤2纳米的孔隙结构(根据国际纯粹与应用化学联合会IUPAC定义。此类孔隙可通过分子筛效应(Molecular Sieving)或表面扩散(Surface Diffusion)实现气体分离。
英文对照:Microporous – Materials containing pores with diameters ≤ 2 nm.
分气法(Gas Separation)
利用物理或化学性质差异(如分子大小、极性、吸附亲和力)将混合气体中各组分分离的技术。微孔分气法属于物理分离范畴,常见于膜分离(Membrane Separation)或吸附分离(Adsorption Separation)系统。
英文对照:Gas Separation – Technique isolating gas components based on differential properties.
分子筛效应
当微孔孔径与气体分子动力学直径接近时(例如沸石分子筛),尺寸较小的分子(如氢气、氦气)可快速通过孔隙,而较大分子(如氮气、甲烷)被阻挡。
示例:3A型沸石分子筛(孔径0.3nm)可分离H₂(0.289nm)与CH₄(0.38nm)。
吸附选择性分离
微孔材料(如活性炭、金属有机框架MOFs)表面对不同气体吸附能力存在差异。通过变压吸附(PSA)或变温吸附(TSA)循环,实现气体分离(如从空气中提纯氧气)。
示例:MOF-74对CO₂的吸附量是N₂的10倍以上,用于碳捕集。
材料类型 | 代表物质 | 分离机制 | 典型应用 |
---|---|---|---|
沸石分子筛 | Zeolite 13X, 5A | 分子筛效应 | 空分制氧、干燥 |
金属有机框架 | ZIF-8, UiO-66 | 尺寸筛分/吸附选择性 | CO₂/N₂分离、储氢 |
碳分子筛 | 活性炭纤维 | 动力学扩散差异 | 氮氧分离、甲烷提纯 |
混合基质膜 | MOF-聚合物复合膜 | 协同增强分离性能 | 天然气净化 |
科学依据:气体在微孔中的传输遵循达西定律(Darcy's Law)与克努森扩散(Knudsen Diffusion),分离效率由渗透率(Permeability)和选择性(Selectivity)共同决定:
$$ J_i = frac{P_i}{delta} Delta pi, quad alpha{ij} = frac{P_i / P_j}{S_i / S_j} $$
其中$J_i$为组分i的通量,$P_i$为渗透系数,$delta$为膜厚度,$Delta pi$为分压差,$alpha{ij}$为分离因子。
参考文献
“微孔分气法”是一种基于物质分子大小差异的气体分离技术,以下是详细解释:
该术语在英语中译为atmolysis,法语中为atmolyse。其核心原理是利用材料表面的微孔结构(孔径极小,通常肉眼不可见),通过气体分子在微孔中的扩散速率差异实现分离。
如需进一步了解不同语言中的术语差异或具体应用案例,可参考来源网页中的词典释义。
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