2260高等学校化学学报Vol．32

300℃时H2的渗透率达到8.71×10－7mol·m－2·Pa－1·s－1．SF6的渗透率随着温度的升高而呈理，

现下降的趋势．这是由于SF6分子动力学直径为0.55nm，远远大于H2的动力学直径（0.289nm），其气体分子不能进入到孔径小于0.55nm的孔隙中，只能在尺寸大于0.55nm的微孔或者介孔，甚至微

SiO2中确实存在一定量的介孔，因此SF6分子的输缺陷中输运，孔径分析已经证明（0.6PTES）Hybrid-运受到努森扩散机制的控制．而CO和CO2分子动力学直径为0.376nm和0.33nm，其气体分子既能

进入到孔径小于0.55nm的孔隙中，也能在膜材料的介孔和微缺陷中输运，理论上CO和CO2气体的输运既可能遵循活化扩散机理，也可能受努森扩散机制的控制．从表1的数据可以看出，CO2和CO的渗透率随着温度的升高呈下降的趋势．从表2也可以看出，CO2/SF6在低于300℃下的理想分离系数和CO/SF6在低于150℃下的理想分离系数都小于它们的努森扩散分离系数，因此CO2在低于300℃，CO在低于150℃下更倾向于受到努森扩散机制的控制．此现象影响到H2在低温时的选择性．从表2可以看出，在温度分别低于150和200℃时，H2/CO2和H2/CO的分离理想系数分别低于其努森扩散分离系数．这是因为在低温段，CO2和CO的努森扩散非常显著，而H2的活化扩散相对比较弱，因而导致H2的选择性相对较低；当温度高于150℃时，H2/CO2的分离系数高于努森扩散分离系数，H2的输运遵循活化扩散机理，达到H2和CO2分离的目的．

Table1

GasH2CO2COSF6

Singlegaspermeance（mol·m－2·Pa－1·s－1）ofthehybridsilicamembranes

50℃5.101.662.120.98

100℃5.971.532.100.96

150℃7.491.552.080.91

200℃8.011.492.080.91

250℃8.371.542.040.88

300℃8.711.581.980.84

Table2

GasH2/CO2H2/COH2/SF6CO2/SF6CO/SF6

50℃3.072.405.201.692.16

100℃3.902.846.221.592.19

Permselectivityofthehybridsilicamembranes

150℃4.833.608.231.702.29

200℃5.383.858.801.642.29

250℃5.444.109.511.752.32

300℃5.514.4010.371.882.36

f*Knudsen4.693.748.541.822.28

fKnudsen：Knudsencoefficient．

为了定量描述H2在膜材料中的活化扩散现象，根据Arrhenius公式

EaEa

lnF=ln（F0）－=A－

RTRT

（1

）

式中，F为气体的渗透率，A为常数，T为热力学温度，Ea为表观活化能．以1/RT为横坐标，lnF为纵坐标作图，对其线性拟合，可得H2输运的阿累尼乌斯图（图7），拟合曲线斜率的负值就是H2输运的表观活化能．由图7可见，H2输运的表观活化能为Ea=3.45kJ/mol．表观活化能（Ea）由移动能（Em）和吸附热（Qst）组成，即

Ea=Em－Qst

（2）

Fig．7

ArrheniusplotofH2permeanceofthe（0.6PTES）Hybrid-SiO2membranes

膜材料对H2在微孔中的吸附热Qst=6kJ/mol，根据式（2）可知，H2输运的移动能Em=9.45kJ/mol．

18］根据文献［的报道，CO2在微孔材料中遵循活化扩散时，其表观活化能Ea（CO2）=3.3kJ/mol，CO2

在微孔中的吸附热Qst（CO2）=24kJ/mol，根据式（2）可知CO2输运的移动能Em=27.3kJ/mol，远远大于H2的移动能．气体在微孔材料中扩散的移动能愈大，表明气体分子在孔道中输运克服的能垒就

SiO2膜能够对H2和CO2进行分离．愈大，输运就愈困难．因此（0.6PTES）Hybrid-