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膜法气体分离是指通过不同组分在膜中的渗透速率的差异实现分离的技术,其传质机理主要遵循溶解扩散原理,传质推动力是跨膜分压差。对于聚合物膜而言,由于分离选择性/渗透性之间存在的trade-off现象,使得两者存在上限关系。因此,改进膜系统分离性能的研究已成为膜法气体分离领域的重要课题。 本文以氮气脱湿为例,通过设计不对称静电场耦合膜法气体分离系统,使传质在压力场-不对称电场形成的耦合场下进行,使极性水分子在静电梯度力的作用下,加速向渗透侧迁移,从而提高极性水分子的渗透通量。由于非极性氮气分子不受电场影响,H2O/N2的分离系数也得以同时提高。本文采用聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯/聚砜界面形成膜为分离膜,通过比较有无电场时通量的变化,系统考察了电场条件和操作条件(包括:电压大小、电极距离、电场方向、渗透侧压力和操作温度)对耦合场传质的影响,并建立了耦合场传质的数学模型。结果表明在相同实验条件下,附加不对称静电场的耦合场过程较传统的膜法气体分离过程的渗透通量有较大幅度提高,当针-板电极电场的电压为5kV、渗透侧真空度为80kPa、电极距离为23.5mm时,水通量可提高45%。