Fibre creuse en polyimide
La fibre creuse en polyimide est largement utilisée dans la séparation des gaz et la déshydratation de l'alcool en raison de sa surface spécifique élevée et de sa densité de charge. Dans ce document, la préparation et l'application de la fibre creuse de polyimide sont passées en revue sur la base d'un grand nombre de littérature. Les méthodes de préparation de fibres creuses de polyimide à partir d'une solution de polyimide de solution d'acide polyamide comme solution de filage ont été introduites, et les procédés d'amélioration des propriétés de la membrane à fibres creuses en polyimide par modification ont été introduits. Les progrès de la fibre creuse en polyimide dans le laboratoire et l'application industrielle sont introduits.
Polyimide (PI) est une classe de polymères contenant un cycle imide dans la chaîne principale, qui a une excellente résistance thermique, bonne résistance mécanique et stabilité chimique, et haute résistance aux solvants. Il a été utilisé dans des domaines de haute technologie tels que l'aérospatiale et la microélectronique. Il existe deux voies générales pour la préparation du polyimide: l'un est la condensation à basse température du monomère dianhydride avec le monomère diamine pour obtenir l'acide polyimide (AAP) la solution, suivie d'une réaction d'imitation pour produire du polyimide, appelée la méthode en deux étapes. L'autre méthode consiste à faire fondre les monomères pour la synthèse en les chauffant ou en les dissolvant dans des solvants organiques à point d'ébullition élevé pour générer du polyimide par réaction directe, qui s'appelle la méthode en une étape.
La fibre de polyimide est un nouveau type de fibre spéciale avec de nombreuses excellentes propriétés telles qu'une résistance élevée, haut module, résistance aux hautes et basses températures, résistance à la flamme, résistance aux radiations, résistance chimique, etc. La fibre PI peut être préparée à partir d'une solution d'acide polyamide ou d'une solution de polyimide comme solution de filage. Une membrane à fibres creuses est un tube à membrane creuse extrêmement fin avec une surface spécifique et une densité de charge élevées, ce qui peut grandement améliorer l'efficacité de la séparation par membrane. Les membranes de séparation des gaz en fibres creuses de polyimide sont prometteuses en raison de leur teneur élevée en gaz H2, CO2, et O2 avec une perméabilité aux gaz et une sélectivité élevées, et ont des applications prometteuses. Plus que 90% des applications de séparation des gaz à membrane concernent la séparation des gaz non condensables, comme le CO2 du méthane, l'azote de l'air, hydrogène à partir d'azote, argon du méthane, etc. Fibre creuse en polyimide Les membranes à fibres creuses en polyimide sont également utilisées pour éliminer l'eau des alcools et des gaz d'alimentation en hydrocarbures et comme membranes de nanofiltration.
Les fibres d'acide polyimide sont produites en filant des acides polyimides synthétiques comme précurseurs, suivi d'une imidisation et d'un étirage thermique pour obtenir des fibres de polyimide. L'avantage de cette méthode est que sa solubilité n'a pas à être prise en compte, le choix des monomères est varié, et une structure plus appropriée peut être sélectionnée pour la préparation de la solution de filage. Cependant, le processus d'imitation est relativement complexe et les molécules d'eau générées lors de la réaction peuvent provoquer des défauts dans les fibres.
Avec l'utilisation de membranes à fibres creuses en polyimide, certaines approches doivent être adoptées pour résoudre les problèmes qui se posent. La modification du polymère est l'une des principales méthodes pour améliorer les performances des fibres creuses en polyimide. Les méthodes de modification courantes comprennent des méthodes physiques telles que le mélange, composition, enrobage, recuit, et des méthodes chimiques telles que la réticulation, pyrolyse, et modification polyélectrolyte. Une modification par rayonnement ionisant a également été rapportée.
Le cœur des applications de fibres creuses en polyimide dans la technologie des membranes de séparation est le module de membrane. Les membranes à fibres creuses sont des tubes creux extrêmement fins qui sont autoportants; en raison du diamètre fin des faisceaux de fibres, ils ont une densité de remplissage plus élevée que tout autre composant et constituent une meilleure classe de modules à membrane. Un module de membrane à fibres creuses est illustré à la figure 1. Un grand nombre de membranes à fibres creuses (par exemple., de cent à centaines de milliers) sont regroupés en un faisceau de fibres creuses avec les extrémités ouvertes du faisceau coulées dans de la résine époxy pour former une plaque tubulaire. Un ou plusieurs de ces éléments de membrane de séparation à fibres creuses sont ensuite insérés dans un récipient ayant au moins une entrée de gaz mixte., une sortie de gaz perméable, et une sortie de gaz non perméable. Dans un assemblage de membrane de séparation de gaz à fibres creuses, lorsque le mélange gazeux entre en contact avec la membrane à fibres creuses, composants spécifiques du mélange gazeux (gaz perméable) pénétrer sélectivement à travers cette membrane et passer à travers la sortie de gaz perméable La séparation des gaz est obtenue en récupérant le gaz perméable à travers la sortie de gaz perméable et le gaz non perméable à travers la sortie de gaz non perméable.
Les applications industrielles rapportées des fibres creuses de polyacrylamide sont: épuration du biogaz, déshumidification de l'air comprimé, engrais récupération de l'hydrogène en production, et purification du gaz de schiste pour la production de gaz naturel.
(1) L'Institut de recherche sur les nouvelles énergies de l'Université du pétrole de Chine (Pékin) a coopéré avec l'Agence allemande de coopération internationale (GIZ) et Evonik (Allemagne) réaliser un essai pilote de séparation membranaire et de purification du biogaz, dans lequel Evonik était chargé de fournir l'équipement de test et la China University of Petroleum (Pékin) New Energy Research Institute a coopéré avec GIZ et Evonik.
Evonik était chargé de fournir l'équipement de test et l'Institut de recherche sur les nouvelles énergies de l'Université du pétrole de Chine (Pékin) était responsable de la partie surveillance et test des données. Les modules membranaires utilisés dans le test étaient des modules à fibres creuses en polyimide. Quatre modules membranaires ont été combinés en série, parallèle, ou les deux. Les résultats des tests de performance des membranes primaires, membranes secondaires, et les processus tertiaires sont donnés.
(2) Institut de chimie appliquée de Changchun, L'Académie chinoise des sciences a annoncé un essai pilote de modules à membrane à fibres creuses en polyimide pour la déshumidification de l'air comprimé, utilisant des fibres creuses filées en polyimide pour produire des modules à membrane pour la déshumidification de l'air comprimé, et les spécifications techniques atteintes sont une température de gaz d'entrée de 20°C, la pression de service de 0.8 MPa, la capacité de traitement de 60 nm3/h (1 nm3/minute) pour un seul module membranaire, rapport de gaz de purge inférieur à 20%, et point de rosée sous pression atmosphérique du gaz produit. Le point de rosée de la pression atmosphérique du gaz produit atteint moins de -20℃. Il peut remplacer le lyophilisateur et être utilisé dans l'industrie pneumatique, source d'air de peinture et de revêtement par pulvérisation, et contrôle de l'humidité du petit environnement, etc.
(3) L'usine d'engrais chimiques de Fuyang d'Anhui Samsung Chemical Group a signalé l'application de l'usine d'extraction d'hydrogène par séparation par membrane à haut rendement de deuxième génération, utilisant
Le taux de récupération d'hydrogène était 92%, la teneur en hydrogène du gaz résiduaire était <5%, et le volume de ventilation de synthèse a été considérablement réduit.
(4) Université chinoise du pétrole (Pékin) coopère avec une société d'ingénierie Sinopec pour développer une technologie de membrane à fibres creuses pour purifier la production de gaz de schiste et de gaz naturel à partir de puits de gaz éloignés à haute teneur en CO2, et de mener des tests sur le terrain.
La commercialisation des fibres creuses polyimides produites par UBE, Japon, a été largement rapporté dans la littérature. UBE a développé un séparateur de gaz à membrane à fibres creuses en polyimide de type biphényle sous le nom commercial Ube Gas Separator, qui a été utilisé avec succès pour la récupération d'hydrogène, déshumidification des gaz et déshydratation des vapeurs organiques, Concentration de CO, Ajustement du rapport CO/H2, Il affinage du gaz, et séparation du CO2 dans divers gaz résiduaires industriels. L'équipement à membrane en polyimide pour la production d'azote est utilisé pour séparer l'azote à l'aide de membranes à fibres creuses en polyimide afin d'obtenir de l'azote d'une pureté de 95% à 99%. Des exemples d'utilisations commerciales sont les générateurs d'ozone, paliers à air, Équipement médical, machines et outils de précision, toute autre machinerie pneumatique, etc.
