為了應對全球變暖這一嚴重的環境問題,應該減少發電廠和高能耗行業(如水泥廠、鋼廠和鋼廠)的溫室氣體(尤其是CO2)排放。氣體分離膜設計并驗證了不同的CO2捕獲技術,如燃燒后捕獲、燃燒前捕獲和富氧燃燒技術,以及從工業氣體中去除CO2。其中,氣體分離膜燃燒后捕獲CO2被認為是改造現有工廠的可行方案。目前,胺溶劑化學吸收被認為是燃燒后CO2捕集成熟的技術,并已大規模采用。
在開發新一代和先進的溶劑時,人們為降低整個捕集過程的能耗付出了巨大的努力。然而,相對較大的環境影響和較高的資本支出(如吸收塔)仍然為碳捕獲的廣泛實施帶來障礙。研究人員開發了幾種基于離子液體溶劑、固體吸附劑和化學鏈循環(如金屬氧化物)的氣體分離膜技術來捕獲CO2,有望實現成本降低的好處。
氣體分離膜技術主要包括透析、微濾、超濾和反滲透。透析是聚合物溶液中的小分子溶質(如無機鹽)以濃度差為驅動力透過親水膜的過程。主要用于脫鹽和去除變性劑、還原劑等小分子雜質;更換樣品緩沖液等。是臨床上常用于腎衰竭患者的血液透析。微濾以多孔膜為過濾介質,壓差為驅動力,氣體分離膜利用篩分原理分離不溶性顆粒。工作壓力為0.05—0.5兆帕.主要用于去除水和溶液中的細菌等顆粒,組織液、抗生素、血清、血漿蛋白等各種溶液中的菌體,以及飲料、酒精、醬油、醋等食品中的懸浮物、微生物和異味雜質。
超濾是一個物理篩選過程,利用不同孔徑的超濾膜以壓力為驅動力分離液體中的溶質。截止分子量一般為6000-500000,孔徑為幾十納米,操作壓力為0.2-0.6兆帕。主要用于蛋白質、酶、DNA濃縮、脫鹽、純化、細胞清洗、病毒純化、病毒和熱源去除。此外,氣體分離膜反滲透是利用反滲透膜的選擇性,以膜兩側靜壓差為驅動力,分離液體混合物的過程。操作壓差一般為1.5—10.5MPA,捕集的成分為小分子物質。主要用于海水、苦咸水淡化制飲用水,以及醫藥、化工行業所需超純水的制備。