室內(nèi)空氣過(guò)濾作用、膜材與氣體間相互作用和氣體在膜孔壁上的吸附或脫附等。濾膜的膜孔很少是圓形的,當(dāng)孔徑從幾十個(gè)微米到大于2啪時(shí),其傳輸機(jī)理將發(fā)生很大變化,即從湍流、黏滯流、克努森擴(kuò)散、表面擴(kuò)散到毛細(xì)管凝聚和分子篩。當(dāng)氣體分子的平均自由程遠(yuǎn)小于膜孔徑時(shí),氣體傳輸主要以層狀黏滯流形式進(jìn)行,它本質(zhì)上不具有選擇性。當(dāng)氣體分子的平均自由程遠(yuǎn)大于膜孔徑時(shí),氣體在多孔介質(zhì)表面上的吸附很弱,傳輸機(jī)理主要是克努森擴(kuò)散。在相容的條件下,不同氣體的傳輸比例是與它們的分子重量的平方根成反比的,即密度小的氣體傳輸?shù)每?。由于大部分膜都有一個(gè)孔徑分布,氣體通過(guò)這樣的膜時(shí),克努森擴(kuò)散和黏滯流等機(jī)制可同時(shí)發(fā)生。如混合氣體成分在孔內(nèi)壁上的被吸附,并按表面擴(kuò)散方式通過(guò)多孔介質(zhì),這時(shí)的驅(qū)動(dòng)力是被吸附相成分的濃度梯度。在足夠高的相對(duì)壓力和低溫條件下,表面擴(kuò)散的傳輸比例遠(yuǎn)大于克努森擴(kuò)散,在孔內(nèi)壁上強(qiáng)吸附的組分比被弱吸附的組分傳輸?shù)幂^快。
表面擴(kuò)散還減小有效直徑,在多層吸附的情況下,且當(dāng)混合氣體中被強(qiáng)吸附的組分的相對(duì)壓力足夠高,那么這種組分就可以凝結(jié)和完全充滿膜孔。如其他組分在凝聚相中的溶解度是低的,這時(shí)它們的傳輸比倒將顯著地降低,同時(shí)膜的選擇性將大大提高。當(dāng)孔徑和分子尺寸相當(dāng)時(shí),氣體分子與孔壁的相互作用將是十分強(qiáng)烈的。分子的大小和分子與孔壁之間親和力的微小差異將導(dǎo)致通過(guò)膜孔的氣體吸附和擴(kuò)散作用的巨大差別,這種行為就是眾所周知的“分子篩”。對(duì)于空氣凈化,所討論的問(wèn)題是讓其中一種氣體(凈化空氣)透過(guò)膜,而其他種類(lèi)的氣體被截留或透過(guò)的較少,于是研究滲透率(通量)是膜過(guò)濾機(jī)理分析的重要內(nèi)容。
在這一范圍中,黏滯流的影響將變得不重要了。當(dāng)壓力小于l MPa時(shí),氣體通過(guò)多孔膜與平均壓力無(wú)關(guān)。這時(shí)代替黏滯流的另兩個(gè)機(jī)制變得非常重要,即表面擴(kuò)散和毛細(xì)管凝聚。如一種或幾種氣體的混合物通過(guò)膜時(shí)與膜7L的相互作用將導(dǎo)致表面擴(kuò)散發(fā)生。其傳輸量(滲透率)方程式 表面擴(kuò)散的貢獻(xiàn)隨孔徑的減小而增加,然而表面擴(kuò)散的效率決定于D,和dX./dp值。在較高的吸附和相互作用能下,分子在已知表面上的物理或化學(xué)吸附量是較大的。物理吸附的缺點(diǎn)是對(duì)性質(zhì)不同的氣體的選擇性不強(qiáng),一般不會(huì)增加分離效率。
毛細(xì)管凝聚是指在進(jìn)料邊的膜面上產(chǎn)生毛細(xì)管凝結(jié)的同時(shí)在膜的背面進(jìn)行著落透擴(kuò)散和蒸發(fā)。氣體凝結(jié)前先在}L壁上吸附,氣體在整個(gè)iL表面上的吸附使膜孔內(nèi)任何地肯的實(shí)際壓力總小于毛細(xì)管凝聚壓,吸附會(huì)促進(jìn)大的氣體分子沿表面的傳輸。即和較小的氣體分子相比,大分子比小分子通過(guò)膜的速度較快。