分离氧气与氮气的方法 如何实现氧气和氮气的分离

小伙伴们，大家好，今天给大家科普的是如何用膜实现空气中氧气和氮气的分离。根据小伙伴们的评论，这篇报道是对我上一篇工作——富氧燃烧技术的补充和说明，喜欢的小伙伴们记得加关注啊。

空气中的主要成分为氮气（N₂，约占78%）和氧气（O₂，约占21%）。因此，我们可以说空气是O₂ 与N₂取之不尽的源泉。那么，如何廉价地提取或富集空气中的O₂和N₂呢？恭喜你猜对了，膜法可以实现。一直以来，膜技术以它设备简单、节能、安全、占地小、无污染、绿色环保及操作方便等一系列优点引起了人们的极大关注。

一般来说，膜对所有气体分子都是可以渗透的，只不过对不同的气体分子透过的程度不同而已。膜法分离空气中的氧气和氮气主要是利用O₂和N₂在膜内跑的快慢的不同而实现的。O₂直径3.46 Å，N₂直径3.64 Å，前者略小于后者，因而对一般膜材料来说，O₂在膜内跑的快。这样，当我们将空气通入膜的一侧时，在膜的另一侧就可以得到富氧空气，而同一侧则可以得到富氮空气。图1和图2是膜分离O₂分子和N₂分子的过程示意图。

图1 膜分离氧氮过程示意图

目前，已投入市场的膜法富氧或富氮装置中膜材料的O₂/N₂分离系数一般≥5，即O₂透过膜的速率至少是N₂的5倍。以富氧和富氮为目标的分离过程对膜材料分离性能要求略有不同，但在无特殊分离要求时，可用于富氧的膜材料同样可用于富氮。

图2 空气在膜内的传递示意图

图3 卷式富氧膜组件

膜法富氧技术已广泛应用于对氧体积分数要求不高（＜40%）的小规模生产中，比如冶金、富氧燃烧（作助燃气）、化学工业（作氧化剂）、医疗、保健等多个领域，该技术具有显著的节能环保效应和医疗保健功能，受到了国内外学术界和工业技术界研究工作者的普遍重视，被研究者们称为“资源的创造性技术”。

膜法富氮主要适用于产量不大，纯度要求不高的场合，包括合成氨、化工生产中的惰性保护气、粮食贮存、水果保鲜和电子工业等领域。目前由膜法富氮得到的产品N₂纯度可控制在95～99%，我们可根据不同的产品纯度要求选择不同的膜材料和分离方式。