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气体分离膜是一种非常纤细的中空纤维，通过膜可以产生不同的气体混合物。当气体通过管道时，一种叫做选择性渗透的过程使我们能够分离气体。

近距离观察，气体分离膜是由不同类型的聚合物制成的不对称过滤器，分离膜是每一种胶状中空纤维的壁。当不同的气体通过纤维传播时，分离膜会接触到细胞膜并渗透进去。每种气体的渗透率是由其在膜材料中的溶解度和扩散速率決定的。具有高溶解度和小分子的气体通过膜的速度比其他具有较大分子的不可溶性气体快。

渗透速度快的气体，在中空纤维外收集( Permeate)，而不渗透的气体( Retentate)，直接到达另一端，被分离出来。

根据所需要的气体的性质，可以使用渗透气体和残余气体中的一种或两种。

不同的气体和蒸汽的渗透率也因制造膜纤维所用聚合物的类型而不同。精确控制膜的材料，使膜的表面扩散机制发生変化，決定了膜的渗透潓率。

例如，如果我们想把甲烷和二氧化碳分离出来进行沼气提纯，我们可以通过膜过滤器给沼气进气。由于二氧化碳透过分离膜的速度比较甲烷要快得多，所以我们从膜纤维中过滤出二氧化碳，因为渗透和甲烷停留在中空纤维中，然后再膜过潓器的末端收集甲烷。