Fibra hueca de poliimida
La fibra hueca de poliimida se usa ampliamente en la separación de gases y la deshidratación de alcohol debido a su alta área de superficie específica y densidad de carga.. en este papel, la preparación y aplicación de fibra hueca de poliimida se revisan en base a una gran cantidad de literatura. Se introdujeron los métodos para preparar fibra hueca de poliimida a partir de solución de poliimida o solución de ácido de poliamida como solución de hilatura., y se introdujeron los métodos para mejorar las propiedades de la membrana de fibra hueca de poliimida mediante modificación. Se presenta el progreso de la fibra hueca de poliimida en el laboratorio y la aplicación industrial..
Poliimida (Pi) es una clase de polímeros que contienen un anillo de imida en la cadena principal, que tiene una excelente resistencia térmica, buena resistencia mecánica y estabilidad química, y alta resistencia a los disolventes. Se ha utilizado en campos de alta tecnología como aeroespacial y microelectrónica.. Hay dos rutas generales para la preparación de poliimida.: uno es la condensación a baja temperatura de monómero de dianhídrido con monómero de diamina para obtener ácido de poliimida (AAP) solución, seguido de una reacción de imitación para producir poliimida, llamado el método de dos pasos. El otro método es fundir los monómeros para la síntesis calentándolos o disolviéndolos en solventes orgánicos con un alto punto de ebullición para generar poliimida por reacción directa., que se llama el método de un paso.
La fibra de poliimida es un nuevo tipo de fibra especial con muchas propiedades excelentes, como alta resistencia, módulo alto, resistencia a altas y bajas temperaturas, resistencia al fuego, resistencia a la radiación, resistencia química, etc.. La fibra PI se puede preparar a partir de una solución de ácido de poliamida o una solución de poliimida como una solución de hilatura. Una membrana de fibra hueca es un tubo de membrana hueca extremadamente fino con un área de superficie específica y una densidad de carga altas., que puede mejorar en gran medida la eficiencia de la separación por membrana. Las membranas de separación de gases hechas de fibras huecas de poliimida son prometedoras debido a su alto contenido de gas H2., CO2, y O2 con alta permeabilidad y selectividad a los gases, y tienen aplicaciones prometedoras. Más que 90% de las aplicaciones de separación de gases de membrana se encuentran en la separación de gases no condensables, como el CO2 del metano, nitrógeno del aire, hidrógeno a partir de nitrógeno, argón a partir de metano, etc.. Fibra hueca de poliimida Las membranas de fibra hueca de poliimida también se utilizan para eliminar el agua de los alcoholes y los gases de alimentación de hidrocarburos y como membranas de nanofiltración..
Las fibras de ácido de poliimida se producen hilando ácidos de poliimida sintéticos como precursores., seguido de imidización y estirado térmico para obtener fibras de poliimida. La ventaja de este método es que su solubilidad no tiene que ser considerada, la elección de los monómeros es variada, y se puede seleccionar una estructura más adecuada para la preparación de la solución de hilatura. Sin embargo, el proceso de imitación es relativamente complejo y las moléculas de agua generadas durante la reacción pueden causar defectos en las fibras.
Con el uso de membranas de fibra hueca de poliimida, se deben tomar ciertos enfoques para resolver los problemas que surgen. La modificación del polímero es uno de los principales métodos para mejorar el rendimiento de las fibras huecas de poliimida.. Los métodos de modificación comunes incluyen métodos físicos como la mezcla, compounding, revestimiento, recocido, y métodos químicos como la reticulación, pirólisis, y modificación de polielectrolitos. También se ha informado de modificación por radiación ionizante..
El núcleo de las aplicaciones de fibra hueca de poliimida en la tecnología de membranas de separación es el módulo de membrana. Las membranas de fibra hueca son tubos huecos extremadamente delgados que son autoportantes; debido al fino diámetro de los haces de fibras, tienen una densidad de empaquetamiento más alta que cualquier otro componente y son una mejor clase de módulos de membrana. En la figura se muestra un módulo de membrana de fibra hueca. 1. Un gran número de membranas de fibra hueca (p.ej., de cien a cientos de miles) se agrupan en un paquete de fibra hueca con los extremos abiertos del paquete fundidos en resina epoxi para formar una placa de tubo. Uno o más de estos elementos de membrana de separación de fibra hueca se insertan luego en un recipiente que tiene al menos una entrada de gas mixto., una salida de gas permeable, y una salida de gas no permeable. En un conjunto de membrana de separación de gas de fibra hueca, cuando la mezcla de gases entra en contacto con la membrana de fibra hueca, componentes específicos de la mezcla de gases (gas permeable) permear selectivamente a través de esta membrana y pasar a través de la salida de gas permeable La separación del gas se logra recuperando el gas permeable a través de la salida de gas permeable y el gas no permeable a través de la salida de gas no permeable.
Las aplicaciones industriales reportadas de las fibras huecas de poliacrilamida son: purificación de biogás, deshumidificación de aire comprimido, fertilizante recuperación de hidrógeno en la producción, y purificación de gas de esquisto para la producción de gas natural.
(1) El Instituto de Investigación de Nuevas Energías de la Universidad del Petróleo de China (Beijing) cooperó con la Agencia Alemana de Cooperación Internacional (GIZ) y evonik (Alemania) para realizar una prueba piloto de separación por membrana y purificación de biogás, en el que Evonik se encargó de proporcionar el equipo de prueba y la Universidad China del Petróleo (Beijing) New Energy Research Institute cooperó con GIZ y Evonik.
Evonik fue responsable de proporcionar el equipo de prueba y el Instituto de Investigación de Nuevas Energías de la Universidad del Petróleo de China (Beijing) fue responsable de la parte de monitoreo y prueba de datos. Los módulos de membrana utilizados en la prueba fueron módulos de fibra hueca de poliimida.. Cuatro módulos de membrana se combinaron en serie, paralela, o ambos. Los resultados de la prueba de rendimiento de las membranas primarias., membranas secundarias, y los procesos terciarios se dan.
(2) Instituto de Química Aplicada de Changchun, La Academia de Ciencias de China informó sobre una prueba piloto de módulos de membrana de fibra hueca de poliimida para la deshumidificación de aire comprimido, usando fibra hueca de hilado de poliimida para producir módulos de membrana para deshumidificación de aire comprimido, y las especificaciones técnicas logradas son una temperatura del gas de entrada de 20°C, la presión de operación de 0.8 MPa, la capacidad de procesamiento de 60 nm3/hora (1 nm3/min) para un solo módulo de membrana, proporción de gas de purga inferior a 20%, y punto de rocío a presión atmosférica del gas producto. El punto de rocío de la presión atmosférica del gas producto llega por debajo de -20 ℃. Puede reemplazar el liofilizador y ser utilizado en la industria neumática., fuente de aire de pintura en aerosol y revestimiento, y control de la humedad del ambiente pequeño, etc..
(3) Anhui Samsung Chemical Group Fuyang Chemical Fertilizer Plant informó la aplicación de la planta de extracción de hidrógeno de separación de membrana de alta eficiencia de segunda generación, usando
La tasa de recuperación de hidrógeno fue 92%, el contenido de hidrógeno del gas de cola fue <5%, y el volumen de ventilación de síntesis se redujo significativamente.
(4) Universidad China del Petróleo (Beijing) está cooperando con una empresa de ingeniería de Sinopec para desarrollar tecnología de membrana de fibra hueca para purificar la producción de gas de esquisto y gas natural de pozos de gas remotos con alto contenido de CO2, y realizar pruebas de campo.
La comercialización de fibras huecas de poliimida producidas por UBE, Japón, ha sido ampliamente reportada en la literatura. UBE ha desarrollado un separador de gas de membrana de fibra hueca de poliimida tipo bifenilo bajo el nombre comercial Ube Gas Separator, que se ha utilizado con éxito para la recuperación de hidrógeno, deshumidificación de gases y deshidratación de vapores orgánicos, concentración de CO, Ajuste de la relación CO/H2, El refinamiento de gas, y separación de CO2 en varios gases de cola industriales. El equipo de membranas de poliimida para la producción de nitrógeno se utiliza para separar el nitrógeno utilizando membranas de fibra hueca de poliimida para obtener nitrógeno con una pureza de 95% a 99%. Ejemplos de usos comerciales son los generadores de ozono, cojinetes de aire, dispositivos médicos, maquinaria y herramientas de precision, cualquier otra maquinaria neumática, etc..
