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膜分離技術是基于薄膜對氣體組分具有選擇性滲透和擴散的特性，以達到氣體分離和純化的目的。氣體中各種組分透過膜的速度不同，每種組分透過膜的速度與該氣體的性質、膜的特性和膜兩面的分壓差有關。透過膜的氣體組分不可能達到 的純度。氣體分離膜通常可分為多孔材質和非多孔材質，它們無機物（多孔玻璃、陶瓷、金屬、電子導電性固體和鈀合金等）或有機高分子（微孔聚乙烯、多孔醋酸纖維、均質醋酸纖維、聚硅氧烷橡膠和聚碳酸脂）組成。 [4] 
凈化后的壓縮空氣經過緩沖罐，聯合過濾器后由膜組一端進入，氣體分子在壓力作用下首先在膜的高壓側接觸。混合氣體在膜的高壓側表面以不同的溶解度溶于膜內，然后在膜兩側壓力差的推動下，混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓側擴散。經過溶解和擴散兩個過程的選擇，終混合氣體被分離成各個組分。例如：空氣、氧氣的透過速度大于氮氣，經過膜分離之后，高壓側留下的氣體富氮，而透過去的氣體富氧。

深冷分離法又稱為低溫精餾法，利用空氣中氮氣與氧氣的沸點不一致來分離氧氣和氮氣。由于氮氣的沸點（-196℃） 低于氧氣（-183℃），在液態空氣的蒸發過程中，液氮比液氧更容易變成氣態，而在空氣液化過程中，氧氣比氮氣更容易變成液態。由于氮氣與氧氣的沸點相差不大，液態空氣與氣態空氣需經過反復多次的蒸發、冷凝、再蒸發過程（該過程稱為低溫精餾過程），終在精留塔頂部氣相餾分中就可以過得較高高純度的氮氣，氮氣的純度取決于精餾塔的塔板級數和精餾效率。

瑞典化學家卡爾·謝勒（Carl Scheele）和蘇格蘭植物學家·盧瑟福（Daniel Rutherford）在1772年分部發現了氮。牧師卡文迪許和拉瓦錫也在差不多的同一時間立地獲得了氮。氮氣首先被拉瓦錫（Lavoisier）認可為元素，他將其命名為“偶氮”，意思是“無生命”。查普塔爾在1790年將該元素命名為氮。該名稱源自希臘語“nitre”（硝酸鹽中含氮的硝酸鹽）。

氮氣，化學式為N?，為無色無味氣體。氮氣化學性質很不活潑，在高溫高壓壓及催化劑條件下才能和氫氣反應生成氨氣；在放電的情況下才能和氧氣化合生成一氧化氮；即使Ca、Mg、Sr和Ba等活潑金屬也只有在加熱的情形下才能與其反應。氮氣的這種高度化學穩定性與其分子結構有關。2個N原子以叁鍵結合成為氮氣分子，包含1個σ鍵和2個π鍵，因為在化學反應中首先受到攻擊的是π鍵，而在N?分子中π鍵的能級比σ鍵低，打開π鍵困難，因而使N?難以參與化學反應。
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