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氣體分離膜的工作原理是讓氣體有選擇性地透過膜的表面，氣體透過薄膜的驅動力是滲余側（中空纖維內部）分壓和透過側（中空纖維外部的空間）分壓之間的差異
氣體分離膜的工作原理是讓氣體有選擇性地透過膜的表面，氣體透過薄膜的驅動力是滲余側（中空纖維內部）分壓和透過側（中空纖維外部的空間）分壓之間的差異。此壓差越大，透過薄膜的氣體的比例越高。
每種氣體的透過速率取決于氣體在膜材料中的溶解性及其擴散速率。溶解度高分子小的氣體透過薄膜的速率比分子大溶解度低的氣體更快。如水蒸汽、氫氣、二氧化碳等優先透過膜而被富集；而滲透速率相對較慢的氣體，如甲烷、氮氣、一氧化碳等氣體則在膜的滯流側被富集，從而達到混合氣體分離之目的。兩種氣體透過速率的比率被稱為選擇性，選擇性越高的膜分離過程就越節能，不同的膜材料具有不同的分離特性，分離所需的驅動力來自于分壓梯度。
氦氣的導熱系數遠高于其他氣體。高純度氦氣可從天然氣中提取，或通過工業工藝回收。 在許多應用中，使用最多的是氦氣和空氣、氮氣或氬氣的混合物。通過從這些氣體混合物中回收寶貴的氦氣，可大幅降低成本。回收可通過分離膜進行。采用氦氣回收膜可在獲得高純度氦氣的同時實現高收率。
原料氣中25%含量的氦氣可以通過氦氣回收膜得到純度 99.5% 的氦氣，氦氣回收率可高達 95.5%
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