فصل الغازات بواسطة الأغشية

يمكن فصل مخاليط الغازات بشكل فعال بواسطة أغشية اصطناعية مصنوعة من بوليمرات مثل البولي أميد أو أسيتات السليلوز ، أو من مواد خزفية. ^{[ 1 ]}

على الرغم من أن الأغشية البوليمرية اقتصادية وذات فائدة تقنية، إلا أن أداءها محدود بما يُعرف بحد روبسون (حيث يجب التضحية بالنفاذية لصالح الانتقائية والعكس صحيح). ^{[ 2 ]} يؤثر هذا الحد على استخدام الأغشية البوليمرية لفصل _ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن، إذ يصبح نقل الكتلة عاملاً مُحدداً، وتصبح عملية فصل _ثاني أكسيد الكربون مكلفة للغاية بسبب انخفاض النفاذية. وقد توسعت استخدامات مواد الأغشية لتشمل السيليكا ، والزيوليت ، والأطر المعدنية العضوية ، والبيروفسكايت ، وذلك بفضل مقاومتها الحرارية والكيميائية العالية، فضلاً عن قابليتها العالية للتعديل (إمكانية تغيير خصائصها ووظيفتها)، مما يؤدي إلى زيادة النفاذية والانتقائية. يمكن استخدام الأغشية لفصل مخاليط الغازات، حيث تعمل كحاجز نفاذ تسمح بمرور المركبات المختلفة بسرعات متفاوتة أو عدم مرورها على الإطلاق. قد تكون الأغشية نانوية المسام، أو بوليمرية، أو غيرها، وتخترق جزيئات الغاز وفقًا لحجمها، أو معامل انتشارها ، أو ذوبانها.

يُعد فصل الغازات عبر الغشاء عمليةً تعتمد على الضغط، حيث يُمثل فرق الضغط بين مدخل المادة الخام ومخرج المنتج القوة الدافعة. عادةً ما يكون الغشاء المستخدم في هذه العملية طبقةً غير مسامية، مما يمنع تسرب الغاز بشكل كبير. يعتمد أداء الغشاء على نفاذيته وانتقائيته. تتأثر النفاذية بحجم المادة النافذة، حيث تتميز جزيئات الغاز الأكبر حجمًا بمعامل انتشار أقل. كما تؤثر مرونة سلسلة البوليمر والحجم الحر في بوليمر مادة الغشاء على معامل الانتشار، إذ يجب أن تكون المساحة داخل الغشاء النفاذ كبيرةً بما يكفي لانتشار جزيئات الغاز عبره. تُعبر الذوبانية عن نسبة تركيز الغاز في البوليمر إلى ضغط الغاز الملامس له. أما النفاذية، فهي قدرة الغشاء على السماح للغاز النافذ بالانتشار عبر مادته نتيجةً لفرق الضغط عبره، ويمكن قياسها من خلال معدل تدفق المادة النافذة، وسُمك الغشاء ومساحته، وفرق الضغط عبره. تُعدّ انتقائية الغشاء مقياسًا لنسبة نفاذية الغازات ذات الصلة بالغشاء. ويمكن حسابها كنسبة نفاذية غازين في عملية فصل ثنائي. ^{[ 3 ]}

تقوم معدات فصل الغازات بالأغشية عادةً بضخ الغاز إلى وحدة الغشاء، ثم يتم فصل الغازات المستهدفة بناءً على اختلاف معدل انتشارها وذوبانها. على سبيل المثال، يُفصل الأكسجين من الهواء المحيط ويُجمع من جهة المنبع، بينما يُجمع النيتروجين من جهة المصب. وبحلول عام 2016، أفادت التقارير أن تقنية الأغشية قادرة على إنتاج ما بين 10 إلى 25 طنًا من الأكسجين بنسبة تتراوح بين 25 و40% يوميًا. ^{[ 3 ]}

توجد ثلاث آليات انتشار رئيسية . الأولى (ب)، وهي انتشار كنودسن، تحدث عند ضغوط منخفضة جدًا، حيث تتحرك الجزيئات الأخف وزنًا عبر الغشاء أسرع من الجزيئات الأثقل، في مادة ذات مسام كبيرة نسبيًا. ^{[ 4 ]} أما الثانية (ج)، وهي الغربلة الجزيئية ، فتحدث عندما تكون مسام الغشاء صغيرة جدًا بحيث لا تسمح بمرور أحد المكونات، وهي عملية غير عملية عادةً في تطبيقات الغاز، لأن الجزيئات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تصميم مسام مناسبة لها. في هذه الحالات، يُوصف تحرك الجزيئات بشكل أفضل بتدفق الحمل الحراري المدفوع بالضغط عبر الشعيرات الدموية، والذي يُقاس بقانون دارسي . مع ذلك، فإن النموذج الأكثر عمومية في تطبيقات الغاز هو نموذج الانتشار بالذوبان (د)، حيث تذوب الجسيمات أولًا على الغشاء ثم تنتشر من خلاله بمعدلات مختلفة. يُستخدم هذا النموذج عندما تظهر مسام غشاء البوليمر وتختفي بسرعة أكبر من حركة الجسيمات. ^{[ 5 ]}

في نظام غشائي نموذجي، يُفصل تيار التغذية الداخل إلى مكونين: النفاذ والمُتبقّي. النفاذ هو الغاز الذي يعبر الغشاء، والمُتبقّي هو ما يتبقى من التغذية. على جانبي الغشاء، يُحافظ على تدرج في الجهد الكيميائي بفعل فرق الضغط، وهو القوة الدافعة لجزيئات الغاز للمرور. تُقاس سهولة انتقال كل نوع من الغازات بالنفاذية ، Pi _. بافتراض الخلط المثالي على جانبي الغشاء، وقانون الغاز المثالي ، ومعامل الانتشار الثابت، وقانون هنري ، يمكن ربط تدفق أي نوع من الغازات بفرق الضغط باستخدام قانون فيك : ^{[ 4 ]}

${\displaystyle J_{i}={\frac {D_{i}K_{i}(p_{i}'-p_{i}'')}{l}}={\frac {P_{i}(p_{i}'-p_{i}'')}{l}}}$

حيث يُمثل (J i ) التدفق المولي للنوع i عبر الغشاء، و(l) سُمك الغشاء، و(P i ) نفاذية النوع i، و(D i ) معامل الانتشار، و(K i ) معامل هنري، بينما يُمثل (p i ' ) و(p i " ) الضغط الجزئي للنوع i عند جانبي التغذية والنفاذ على التوالي. ويُعبر عن حاصل ضرب D i K  i عادةً بنفاذية النوع i على الغشاء المُستخدم.

${\displaystyle P_{i}=D_{i}K_{i}}$

يمكن تعريف تدفق النوع الثاني، j، على النحو التالي:

${\displaystyle J_{j}={\frac {P_{j}(p_{j}'-p_{j}'')}{l}}}$

باستخدام الصيغة المذكورة أعلاه، يمكن تعريف نظام غشائي لمزيج ثنائي تعريفًا كافيًا. يتضح أن التدفق الكلي عبر الغشاء يعتمد اعتمادًا كبيرًا على النسبة بين ضغط التغذية وضغط النفاذ. تُعرف نسبة ضغط التغذية (p ^' ) إلى ضغط النفاذ (p ^" ) بنسبة ضغط الغشاء (θ).

${\displaystyle \theta ={\frac {P'}{P''}}}$

يتضح مما سبق أن تدفق النوع i أو j عبر الغشاء لا يمكن أن يحدث إلا عندما:

${\displaystyle p_{i}'-p_{i}''=p'n_{i}'-p''n_{i}''\neq 0}$

بمعنى آخر، سيشهد الغشاء تدفقًا عبره عند وجود تدرج في التركيز بين المادة المغذية والمادة المُرشَّحة. إذا كان التدرج موجبًا، فسيكون التدفق من المادة المغذية إلى المادة المُرشَّحة، وسيتم فصل المادة i عن المادة المغذية.

${\displaystyle p'n_{i}'-p''n_{i}''>0\rightarrow {\frac {n_{i}''}{n_{i}'}}\leq {\frac {p'}{p''}}}$

وبالتالي، فإن أقصى فصل بين الأنواع i ينتج عن:

${\displaystyle n_{i}'',max''={\frac {p'}{p''}}n_{i}'=\theta n_{i}'}$

هناك معامل مهم آخر عند اختيار الغشاء الأمثل لعملية الفصل وهو انتقائية الغشاء α _ij التي تُعرف بأنها نسبة نفاذية النوع i بالنسبة للنوع j.

${\displaystyle \alpha _{ij}={\frac {P_{i}}{P_{j}}}}$

يُستخدم هذا المعامل للإشارة إلى مدى قدرة الغشاء على فصل النوع i عن النوع j. من الواضح من التعبير أعلاه أن انتقائية الغشاء التي تبلغ 1 تشير إلى أن الغشاء ليس لديه القدرة على فصل الغازين، والسبب هو أن كلا الغازين سينتشران بالتساوي عبر الغشاء.

في تصميم عملية الفصل، عادةً ما تُحدد نسبة الضغط وانتقائية الغشاء بناءً على ضغوط النظام ونفاذية الغشاء. ويجب تقييم مستوى الفصل الذي يحققه الغشاء (تركيز المادة المراد فصلها) استنادًا إلى معايير التصميم المذكورة أعلاه لتقييم جدوى النظام من حيث التكلفة.

يمكن تقييم تركيز النوعين i و j عبر الغشاء بناءً على تدفقات الانتشار الخاصة بهما عبره.

${\displaystyle n_{i}''={\frac {J_{i}}{\sum {J_{k}}}},\quad n_{j}''={\frac {J_{j}}{\sum {J_{k}}}}}$

في حالة الخليط الثنائي، يكون تركيز النوع i عبر الغشاء:

${\displaystyle n_{i}''={\frac {J_{i}}{J_{i}+J_{j}}}}$

ويمكن توسيع ذلك للحصول على تعبير بالشكل التالي:

${\displaystyle n_{i}''=n_{i}''(\phi ,\alpha _{ij},n_{i}^{'})}$

${\displaystyle n_{i}''={\frac {J_{i}}{J_{i}+J_{j}}}={\frac {P_{i}(p_{i}'-p_{i}'')}{P_{i}(p_{i}'-p_{i}'')+P_{j}(n_{j}'-{\frac {1}{\phi }}n_{j}'')}}}$

باستخدام العلاقات:

${\displaystyle p_{i}'=p'n_{i}',\quad p_{j}'=p'n_{j}'={\frac {p'}{\phi }}n_{i}'}$

${\displaystyle p_{i}''=p''n_{i}',\quad p_{j}''=p''n_{j}''={\frac {p'}{\phi }}n_{i}''}$

يمكن إعادة كتابة التعبير على النحو التالي:

${\displaystyle n_{i}''={\frac {P_{i}p'(n_{i}'-{\frac {1}{\phi }}n_{i}'')}{P_{i}p'(n_{i}'-{\frac {1}{\phi }}n_{i}'')+P_{j}p'(n_{j}'-{\frac {1}{\phi }}n_{j}'')}}}$

ثم باستخدام${\displaystyle n_{j}'=1-n_{i}'\quad and\quad n_{j}''=1-n_{i}''}$

${\displaystyle n_{i}''={\frac {P_{i}p'(n_{i}'-{\frac {1}{\phi }}n_{i}'')}{P_{i}p'(n_{i}'-{\frac {1}{\phi }}n_{i}'')+P_{j}p'((1-n_{i}')-{\frac {1}{\phi }}(1-n_{i}''))}}}$

${\displaystyle (1-\alpha )(n_{i}'')^{2}+(\phi +\phi (\alpha -1)n_{i}'+\alpha -1)n_{i}''-\alpha \phi n_{i}'=0}$^{[ 6 ]}

يمكن التعبير عن حل التعبير التربيعي أعلاه على النحو التالي:

${\displaystyle n_{i}={\frac {-(\phi +\phi (\alpha -1)n_{i}'+\alpha -1)\pm {\sqrt {\phi +\phi (\alpha -1)n_{i}'+\alpha -1)^{2}+4(1-\alpha )\alpha \phi n_{i}'}}}{2(1-\alpha )}}}$

وأخيرًا، يتم الحصول على تعبير لتركيز المادة النافذة من خلال ما يلي:

${\displaystyle n_{i}''(\phi \alpha n_{i}')={\frac {\phi }{2}}\left(n_{i}'+{\frac {1}{\phi }}+{\frac {1}{\alpha -1}}-{\sqrt {\left(n_{i}'+{\frac {1}{\phi }}+{\frac {1}{\alpha -1}}\right)^{2}-{\frac {4\alpha n_{i}'}{(\alpha -1)\phi }}}}\right)}$

على امتداد وحدة الفصل، يتناقص تركيز المادة المغذية مع انتشارها عبر الغشاء، مما يؤدي إلى انخفاض التركيز عند الغشاء تبعًا لذلك. ونتيجةً لذلك، ينتج التدفق الكلي للمادة النافذة (q" _out ) عن تكامل تدفق الانتشار عبر الغشاء من مدخل المادة المغذية (q'in ₎ إلى مخرجها (q'out ₎ . وبالتالي، يكون توازن الكتلة عبر طول تفاضلي لوحدة الفصل كما يلي:

${\displaystyle q'(x)=q'(x+dx)+\int _{x}^{x+dx}q''(x)dx}$

أين:

${\displaystyle q''(x)=J_{i}(x)+J_{j}(x)}$

نظراً لطبيعة الخليط الثنائية، يكفي تقييم نوع واحد فقط. وبوصف الدالة n' _i = n' _i (x)، يمكن إعادة كتابة معادلة توازن الأنواع على النحو التالي:

${\displaystyle q'(x)n'_{i}(x)=q'(x+\Delta x)n'_{i}(x+\Delta x)+\int _{x}^{x+dx}q''(x)dx{\bar {n_{i}''}}}$

أين:

${\displaystyle \int _{x}^{x+dx}q''(x)dx=\delta q'',\quad {\bar {n_{i}''}}={\frac {n_{i}''(x)+n_{i}''(x+\Delta x)}{2}}}$

${\displaystyle \delta q''={\frac {n'_{i}(x)-n'_{i}(x+\Delta x)}{{\bar {n_{i}''}}-n'_{i}(x+\Delta x)}}q'(x)}$

وأخيرًا، يمكن الحصول على المساحة المطلوبة لكل وحدة طول غشاء من خلال التعبير التالي:

${\displaystyle A={\frac {\delta q''}{J_{i}+J_{j}}}}$

تلعب مادة الغشاء دورًا هامًا في قدرته على توفير خصائص الأداء المطلوبة. من الأمثل استخدام غشاء ذي نفاذية عالية وانتقائية كافية، ومن المهم أيضًا مطابقة خصائص الغشاء مع ظروف تشغيل النظام (مثل الضغوط وتركيب الغاز).

تُصنع الأغشية الاصطناعية من مجموعة متنوعة من البوليمرات بما في ذلك البولي إيثيلين ، والبولي أميدات ، والبولي إيميدات ، وأسيتات السليلوز ، والبولي سلفون، والبولي ثنائي ميثيل سيلوكسان . ^{[ 7 ]}

أغشية نانوية مسامية

تختلف الأغشية النانوية المسامية اختلافًا جوهريًا عن الأغشية البوليمرية، إذ تختلف تركيبتها الكيميائية، كما أنها لا تخضع لحدود روبسون لأسباب متعددة. يوضح الشكل المبسط لغشاء نانوي مسامي جزءًا صغيرًا من بنية غشاء نموذجية تحتوي على تجاويف ونوافذ. يمثل الجزء الأبيض المنطقة التي يمكن للجزيئات أن تتحرك فيها، بينما تمثل المناطق المظللة باللون الأزرق جدران البنية. في هندسة هذه الأغشية، يمكن تعديل حجم التجويف (L_{_cy} × L _{_cz} ) ومنطقة النافذة (L _{_wy} × L_{_wz} ) لتحقيق النفاذية المطلوبة. وقد ثبت أن نفاذية الغشاء هي نتاج الامتزاز والانتشار. في ظروف التحميل المنخفض، يمكن حساب الامتزاز باستخدام معامل هنري. ^{[ 4 ]}

إذا افترضنا أن طاقة الجسيم لا تتغير عند مروره عبر هذا التركيب، فإن إنتروبيا الجزيئات فقط هي التي تتغير تبعًا لحجم الفتحات. عند النظر أولًا في تغيير هندسة التجويف، نجد أنه كلما كبر التجويف، زادت إنتروبيا الجزيئات الممتصة، مما يؤدي بالتالي إلى زيادة معامل هنري. بالنسبة للانتشار، تؤدي زيادة الإنتروبيا إلى انخفاض الطاقة الحرة، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض معامل الانتشار. في المقابل، يؤثر تغيير هندسة النافذة بشكل أساسي على انتشار الجزيئات وليس على معامل هنري.

باختصار، باستخدام التحليل المبسط المذكور أعلاه، يمكن فهم سبب عدم انطباق الحد الأعلى لخط روبسون على البنى النانوية. في هذا التحليل، يمكن تعديل كل من معامل الانتشار ومعامل هنري دون التأثير على نفاذية المادة، مما قد يؤدي إلى تجاوز الحد الأعلى للأغشية البوليمرية. ^{[ 4 ]}

أغشية السيليكا

تتميز أغشية السيليكا بمساميتها المتوسطة ، ويمكن تصنيعها بتجانس عالٍ (بنية متطابقة في جميع أنحاء الغشاء). وتمنحها هذه المسامية العالية نفاذية فائقة. تتميز الأغشية المُصنّعة بأسطح ملساء، ويمكن تعديل سطحها لتحسين الانتقائية بشكل كبير. يسمح تزويد أسطح أغشية السيليكا بجزيئات تحتوي على الأمين ( مجموعات السيلانول السطحية ) بفصل ثاني أكسيد الكربون _من غازات المداخن بكفاءة أعلى. ^{[ 2 ]} يمكن ضبط وظائف السطح (وبالتالي التركيب الكيميائي) ليكون أكثر كفاءة مع غازات المداخن الرطبة مقارنةً بغازات المداخن الجافة. ^{[ 11 ]} _{في حين كانت أغشية السيليكا غير عملية سابقًا بسبب صعوبة إنتاجها على نطاق واسع بتكلفة عالية (إذ يصعب إنتاجها اقتصاديًا على نطاق واسع)، فقد تم إثبات وجود طريقة بسيطة لإنتاج أغشية السيليكا على دعامات بوليمرية مجوفة. تشير هذه الإثباتات إلى إمكانية فصل ثاني أكسيد الكربون} والنيتروجين بكفاءة باستخدام مواد وطرق اقتصادية . ^{[ 12 ]} أظهرت أغشية السيليكا المسامية المتوسطة المرتبة إمكانات كبيرة لتعديل سطحها، مما يسهل فصل ثاني أكسيد الكربون _. ويؤدي تعديل سطحها بالأمينات إلى تكوين الكربامات بشكل عكسي (أثناء تدفق _{ثاني أكسيد الكربون)، مما يزيد من انتقائية ثاني أكسيد الكربون} بشكل ملحوظ. ^{[ 12 ]}

أغشية الزيوليت

الزيوليتات هي سيليكات ألومنيوم بلورية ذات بنية منتظمة متكررة من مسامات بحجم الجزيئات. تفصل أغشية الزيوليت الجزيئات بشكل انتقائي بناءً على حجم المسامات وقطبيتها، مما يجعلها قابلة للتعديل بدرجة عالية لتناسب عمليات فصل الغازات المختلفة. بشكل عام، تُمتص الجزيئات الأصغر حجمًا وتلك التي تتمتع بخصائص امتزاز أقوى على أغشية الزيوليت بانتقائية أكبر. _إن قدرة أغشية الزيوليت على التمييز بناءً على كل من الحجم الجزيئي وقوة الامتزاز تجعلها خيارًا جذابًا لفصل _ثاني أكسيد الكربون عن _{النيتروجين} والميثان _{والهيدروجين} .

وجد العلماء أن إنثالبي (حرارة) امتزاز الغاز على الزيوليت يزداد وفق الترتيب التالي: H₂ _< CH₄ _< N₂ _< CO₂ _. [ ^{13 ] من} المتعارف عليه أن CO₂ _يمتلك أعلى طاقة امتزاز نظرًا لامتلاكه أكبر عزم رباعي الأقطاب ، مما يزيد من انجذابه لمسام الزيوليت المشحونة أو القطبية. عند درجات الحرارة المنخفضة، تكون سعة امتزاز الزيوليت كبيرة، ويؤدي التركيز العالي لجزيئات CO₂ الممتزة _إلى إعاقة تدفق الغازات الأخرى. لذلك، عند درجات الحرارة المنخفضة، ينفذ CO₂ _بشكل انتقائي عبر مسام الزيوليت. وقد ركزت العديد من الجهود البحثية الحديثة على تطوير أغشية زيوليت جديدة تزيد من انتقائية CO₂ إلى أقصى حد _من خلال الاستفادة من ظاهرة الإعاقات عند درجات الحرارة المنخفضة.

قام الباحثون بتصنيع أغشية زوليت من النوع Y (نسبة السيليكون إلى الألومنيوم > 3) حققت معاملات فصل عند درجة حرارة الغرفة بلغت 100 و21 لخليط _ثاني أكسيد الكربون /النيتروجين _{وثاني أكسيد} الكربون /الميثان _على التوالي. ^{[ 14 ]} كما أظهرت أغشية من نوع DDR و SAPO-34 نتائج واعدة في فصل _ثاني أكسيد الكربون والميثان عند ضغوط وتراكيب تغذية متنوعة. ^{[ 15 ] [ 16 ]} وتُعد أغشية SAPO-34، نظرًا لانتقائيتها للنيتروجين، خيارًا قويًا لعملية تحلية الغاز الطبيعي _. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

بذل الباحثون جهودًا لاستخدام أغشية الزيوليت لفصل الهيدروجين _{عن الهيدروكربونات. يمكن فصل الهيدروجين عن الهيدروكربونات الأكبر حجمًا ،} مثل C₄H₁₀، _{بانتقائية} عالية . ويعود ذلك إلى تأثير الغربلة الجزيئية، إذ تتميز الزيوليت بمسام أكبر بكثير من الهيدروجين _، ولكنها أصغر من هذه الهيدروكربونات الكبيرة. أما الهيدروكربونات الأصغر حجمًا ، مثل CH₄ _{و C₂H₆} و C₃H₈، فهي _{صغيرة بما يكفي لعدم فصلها بالغربلة الجزيئية. وقد حقق الباحثون انتقائية أعلى للهيدروجين عند إجراء عملية الفصل في درجات حرارة عالية، يُرجح أن يكون ذلك} نتيجة لانخفاض تأثير الامتزاز التنافسي. ^{[ 20 ]}

أغشية الإطار المعدني العضوي (MOF)

شهدت هياكل الزيوليت الإيميدازولاتية (ZIFs)، وهي فئة فرعية من الهياكل المعدنية العضوية (MOFs)، تطوراتٍ جعلتها مفيدةً في فصل ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن. وقد أُجريت نماذج مكثفة لإثبات جدوى استخدام MOFs كأغشية. ^{[ 21 ] [ 22 ]} تعتمد مواد MOF على الامتزاز، وبالتالي يمكن ضبطها لتحقيق انتقائية عالية. ^{[ 23 ]} يتمثل عيب أنظمة MOF في عدم استقرارها في الماء والمركبات الأخرى الموجودة في غازات المداخن. وقد أظهرت بعض المواد، مثل ZIF-8، استقرارًا في الماء والبنزين، وهما من المكونات الشائعة في مخاليط غازات المداخن. يمكن تصنيع ZIF-8 كغشاء على دعامة من الألومينا المسامية، وقد أثبت فعاليته في فصل ثاني أكسيد الكربون _من غازات المداخن. مع انتقائية مماثلة لثاني أكسيد الكربون _/ الميثان _لأغشية الزيوليت من النوع Y، تحقق أغشية ZIF-8 نفاذية غير مسبوقة لثاني أكسيد الكربون _، أعلى بمرتبتين من حيث الحجم من المعيار السابق. ^{[ 24 ]}

أغشية البيروفسكايت

البيروفسكايت عبارة عن أكاسيد فلزية مختلطة ذات بنية مكعبة محددة جيدًا وصيغة عامة ABO₃ _، حيث A عنصر من الفلزات القلوية الترابية أو اللانثانيدات، وB فلز انتقالي . تُعد هذه المواد جذابة لفصل _ثاني أكسيد الكربون نظرًا لإمكانية ضبط مواقع الفلزات فيها، فضلًا عن استقرارها عند درجات حرارة مرتفعة.

تمت دراسة فصل ثاني أكسيد الكربون _عن النيتروجين _{باستخدام} غشاء من أكسيد الألومنيوم ألفا مشبع بـ BaTiO₃ _. [ ^{25 ] وُجد} أن امتزاز ثاني أكسيد الكربون _كان مُفضلاً عند درجات الحرارة العالية نتيجةً لتفاعل ماص للحرارة بين ثاني أكسيد الكربون _{والمادة} ، مما يُعزز حركة ثاني أكسيد _{الكربون ،} وبالتالي يزيد من معدل امتزازه وانفصاله وانتشاره السطحي. بلغ معامل الفصل التجريبي لثاني أكسيد الكربون عن النيتروجين 1.1-1.2 عند درجات حرارة تتراوح بين 100 _و 500 _درجة  مئوية  ، وهو أعلى من حد معامل الفصل البالغ 0.8 المُتوقع وفقًا لنظرية انتشار كنودسن . على الرغم من انخفاض معامل الفصل بسبب وجود ثقوب دقيقة في الغشاء، إلا أن هذا يُظهر إمكانات مواد البيروفسكايت في كيمياء سطحها الانتقائية لفصل _ثاني أكسيد الكربون .

في حالات خاصة، يمكن استخدام مواد أخرى؛ فعلى سبيل المثال، تسمح أغشية البلاديوم بنقل الهيدروجين فقط. ^{[ 26 ]} بالإضافة إلى أغشية البلاديوم (التي تُصنع عادةً من سبائك البلاديوم والفضة لمنع تقصف السبيكة عند درجات الحرارة المنخفضة)، تُبذل جهود بحثية كبيرة لإيجاد بدائل من المعادن غير النفيسة. ومع ذلك، فإن بطء حركية التبادل على سطح الغشاء وميل الأغشية إلى التشقق أو التفتت بعد عدد من دورات التشغيل أو أثناء التبريد، لا تزال مشاكل لم تُحل بالكامل. ^{[ 27 ]}

تحتوي الأغشية عادةً على واحدة من ثلاث وحدات: ^{[ 7 ]}

• حزم الألياف المجوفة في وحدة معدنية
• حزم ملفوفة حلزونياً في وحدة معدنية
• وحدة الألواح والإطارات مصممة على غرار مبادل حراري من الألواح والإطارات

تُستخدم الأغشية في: ^{[ 1 ]}

• فصل النيتروجين أو الأكسجين من الهواء (عادةً حتى 99.5٪ فقط)
• فصل الهيدروجين عن غازات مثل النيتروجين والميثان
• استخلاص الهيدروجين من تيارات منتجات مصانع الأمونيا
• استخلاص الهيدروجين في عمليات تكرير النفط
• فصل الميثان عن المكونات الأخرى للغاز الحيوي
• إثراء الهواء بالأكسجين لأغراض طبية أو معدنية. إحدى الطرق المستخدمة في الإنتاج التجاري لغاز النيتروكس للتنفس تحت الماء .
• إثراء الفراغ بالنيتروجين في أنظمة التخميل المصممة لمنع انفجارات خزانات الوقود
• إزالة بخار الماء من الغاز الطبيعي والغازات الأخرى
• إزالة _ثاني أكسيد الكبريت ، _وثاني أكسيد الكربون ، _{وكبريتيد} الهيدروجين من الغاز الطبيعي (أغشية البولي أميد)
• إزالة السوائل العضوية المتطايرة من هواء تيارات العادم

أُجريت أبحاثٌ كثيرةٌ لاستخدام الأغشية بدلاً من الامتصاص أو الامتزاز لالتقاط الكربون من غازات المداخن، إلا أنه لا توجد مشاريع حالية تستخدم الأغشية. وقد أظهرت هندسة العمليات، إلى جانب التطورات الحديثة في المواد، أن الأغشية تتمتع بأكبر إمكانية لخفض استهلاك الطاقة والتكلفة مقارنةً بالتقنيات المنافسة. ^{[ 4 ] [ 10 ] [ 29 ]}

• بارير - وحدة غير دولية لقياس نفاذية الغاز 
• الغازات الصناعية – مواد غازية تُنتج للاستخدام في الصناعة 
• نظام دعم الحياة الأساسي – جهاز دعم الحياة لبدلة الفضاء 
• تقنية الأغشية لتوليد النيتروجين – مجمعات إنتاج النيتروجين من الهواء 

• فيث، دبليو آر (1991). الانتشار في ومن خلال البوليمرات . ميونيخ: هانسر فيرلاج. رقم ISBN 978-3-446-15574-9.{{cite book}}: CS1 maint: publisher location ( link )