兩種或兩種以上的混合氣體通過高分子膜時，由于各種氣體在膜中的溶解度和擴散系數的差異，導致不同氣體在膜中相對滲透速率有所不同。根據這一特性，當混合氣體在膜兩側壓差的作用下，滲透速率相對較快的氣體如水、氧、二氧化碳等透過膜后在膜滲透側被富集，而滲透速率相對較慢的氣體如氮氣、一氧化碳、氬氣等則在滯留側被富集，從而達到混合氣體分離之目的。當以加壓凈化空氣為氣源時，氮氣等惰性氣體被富集成高純度富氮氣體，由滲透側排空的為富氧空氣。
一般采用卷式膜組件的富氧系統O2含量可以達到28~30%，采用中空纖維式的富氧膜系統O2含量可以達到30~45%。
典型的膜法富氧系統主要由三部分組成：空氣壓縮機，空氣凈化系統，膜分離系統，下圖為一個典型的膜法富氧系統流程示意圖：
富氧膜技術現主要應用于工業和商業中不需要超高純度氧氣的場合，如富氧空調、富氧助燃、富氧養殖等。
(1)富氧空調
通過空調增加氧氣含量，其原理為，在空調上加上一層富氧膜，空氣通過膜后，其氧氣濃度可提高到30%左右，從而使室內空氣氧氣充足，保證了人們的活力，又避免了空調病的發生。
(2)富氧助燃
膜法富氧助燃技術于1989年在國內的玻璃熔爐上成功應用，現還可用于內燃機的燃燒。富氧濃度可達到28%~29%，能提高燃料的燃燒效率，提高動力性能，大大減少排氣量。富氧膜技術的推廣應用，不僅可提高燃料的利用率，而且可以保護環境。
此外,富氧膜還可應用于化工產品的催化氧化、魚苗運輸供氧及飛機高空駕駛供氧等。
中空纖維富氧膜技術參數：
*The specifications are defined as Nm3/h at a product pressure of 7 barg at 25°C.
Composition of the product is determined by measuring the residual oxygen content. The "produced N?" value constitutes the inert gas content.
Air feed / produced N? = air factor.
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