
【醫】 atmolysis
【化】 micropore; microvoid
cent; dispart; distribute; divide; marking; minute
【計】 M
【醫】 deci-; Div.; divi-divi
gas
【醫】 aer-; aero-; air; atmo-; physo-; pneuma; pneuma-; pneumato-; pneumo-
dharma; divisor; follow; law; standard
【醫】 method
【經】 law
微孔分氣法(Microporous Gas Separation)是一種利用具有特定孔徑大小(通常小于2納米)的材料選擇性分離混合氣體中不同組分的技術。其核心原理是不同氣體分子因動力學直徑、吸附性或擴散速率差異,在通過微孔結構時産生分離效果。以下是該技術的詳細解釋:
微孔(Microporous)
指材料内部存在直徑≤2納米的孔隙結構(根據國際純粹與應用化學聯合會IUPAC定義。此類孔隙可通過分子篩效應(Molecular Sieving)或表面擴散(Surface Diffusion)實現氣體分離。
英文對照:Microporous – Materials containing pores with diameters ≤ 2 nm.
分氣法(Gas Separation)
利用物理或化學性質差異(如分子大小、極性、吸附親和力)将混合氣體中各組分分離的技術。微孔分氣法屬于物理分離範疇,常見于膜分離(Membrane Separation)或吸附分離(Adsorption Separation)系統。
英文對照:Gas Separation – Technique isolating gas components based on differential properties.
分子篩效應
當微孔孔徑與氣體分子動力學直徑接近時(例如沸石分子篩),尺寸較小的分子(如氫氣、氦氣)可快速通過孔隙,而較大分子(如氮氣、甲烷)被阻擋。
示例:3A型沸石分子篩(孔徑0.3nm)可分離H₂(0.289nm)與CH₄(0.38nm)。
吸附選擇性分離
微孔材料(如活性炭、金屬有機框架MOFs)表面對不同氣體吸附能力存在差異。通過變壓吸附(PSA)或變溫吸附(TSA)循環,實現氣體分離(如從空氣中提純氧氣)。
示例:MOF-74對CO₂的吸附量是N₂的10倍以上,用于碳捕集。
材料類型 | 代表物質 | 分離機制 | 典型應用 |
---|---|---|---|
沸石分子篩 | Zeolite 13X, 5A | 分子篩效應 | 空分制氧、幹燥 |
金屬有機框架 | ZIF-8, UiO-66 | 尺寸篩分/吸附選擇性 | CO₂/N₂分離、儲氫 |
碳分子篩 | 活性炭纖維 | 動力學擴散差異 | 氮氧分離、甲烷提純 |
混合基質膜 | MOF-聚合物複合膜 | 協同增強分離性能 | 天然氣淨化 |
科學依據:氣體在微孔中的傳輸遵循達西定律(Darcy's Law)與克努森擴散(Knudsen Diffusion),分離效率由滲透率(Permeability)和選擇性(Selectivity)共同決定:
$$ J_i = frac{P_i}{delta} Delta pi, quad alpha{ij} = frac{P_i / P_j}{S_i / S_j} $$
其中$J_i$為組分i的通量,$P_i$為滲透系數,$delta$為膜厚度,$Delta pi$為分壓差,$alpha{ij}$為分離因子。
參考文獻
“微孔分氣法”是一種基于物質分子大小差異的氣體分離技術,以下是詳細解釋:
該術語在英語中譯為atmolysis,法語中為atmolyse。其核心原理是利用材料表面的微孔結構(孔徑極小,通常肉眼不可見),通過氣體分子在微孔中的擴散速率差異實現分離。
如需進一步了解不同語言中的術語差異或具體應用案例,可參考來源網頁中的詞典釋義。
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