Diffusionsmembran

Een diffusionsmembraan is een halfdoorlatende barrière die selectieve diffusie van componenten mogelijk maakt onder een aandrijfdrijfkracht zoals een concentratie- of drukgradiënt. Bij non-porieuze membranes transporteert een stof via diffusie door het membraanmateriaal, terwijl de diffusiviteit en oplosbaarheid van elk component bepalen hoe snel het overstapt van de ene naar de andere zijde. In sommige systemen speelt ook transport via poriën een rol, maar het term diffusionsmembraan wordt vooral geassocieerd met het oplossen-diffusie-model.

Transportmechanismen hangen af van het type membraan. Bij dicht en niet-porig membraan is diffusie de beperkende stap: moleculen lossen op in het materiaal en diffunderen vervolgens langs de trotbare grens naar de andere zijde. Porieuze membranen kunnen ook mechanismen zoals Knudsendiffusie of moleculaire sieving verdragen, waarbij de poreuze structuur de scheiding bepaalt. De selectiviteit ontstaat door verschillen in oplosbaarheid en diffusiviteit tussen de componenten.

Materiaal en structuur variëren. Veel commerciële diffusionsmembranen zijn polymeren, zoals polyimiden of cellulose-esters, die goed selectiviteit bieden maar onder invloed van oplosbaarheid en veroudering kunnen uitzetten. Inorganische membranen (ceramiek, metalen zoals palladium) bieden vaak betere chemische resistentie en stabiliteit, met name voor gas- en waterstofscheiding. Hydratatie, temperatuur en druk hebben invloed op prestaties en levensduur.

Toepassingen omvatten gasstromen en scheidingen zoals koolstofdioxide uit aardgas verwijderen, waterstofzuivering via palladiummembranen, en dehydratie of pervaporation van organische mengsels. Diffusionsmembranen leveren doorgaans hoge selectiviteit met relatief lage energiekosten, maar ze kunnen gevoelig zijn voor vervuiling, veroudering en afname van permeatie bij hoge temperatuur.