Fibra oca de poliimida
A fibra oca de poliimida é amplamente utilizada na separação de gases e desidratação de álcool devido à sua alta área de superfície específica e densidade de carga. Nesse artigo, a preparação e aplicação de fibra oca de poliimida são revistos com base em um grande número de literatura. Os métodos de preparação de fibra oca de poliimida a partir de solução de poliimida de solução de ácido de poliamida como solução de fiação foram introduzidos, e os métodos para melhorar as propriedades da membrana de fibra oca de poliimida por modificação foram introduzidos. O progresso da fibra oca de poliimida no laboratório e na aplicação industrial é apresentado.
Poliimida (PI) é uma classe de polímeros contendo um anel imida na cadeia principal, que tem excelente resistência térmica, boa resistência mecânica e estabilidade química, e alta resistência a solventes. Tem sido usado em campos de alta tecnologia, como aeroespacial e microeletrônica. Existem duas rotas gerais para a preparação de poliimida: um é a condensação de baixa temperatura de monômero dianidrido com monômero diamina para obter ácido poliimida (PAA) solução, seguido por reação de imitação para produzir poliimida, chamado de método de duas etapas. O outro método é derreter os monômeros para síntese, aquecendo-os ou dissolvendo-os em solventes orgânicos com alto ponto de ebulição para gerar poliimida por reação direta., que é chamado de método de um passo.
A fibra de poliimida é um novo tipo de fibra especial com muitas propriedades excelentes, como alta resistência, alto módulo, resistência a altas e baixas temperaturas, resistência à chama, resistência à radiação, resistência química, etc. A fibra PI pode ser preparada a partir de solução de ácido poliamida ou solução de poliimida como solução de fiação. Uma membrana de fibra oca é um tubo de membrana oca extremamente fino com uma alta área de superfície específica e densidade de carga, que pode melhorar muito a eficiência da separação por membrana. As membranas de separação de gases feitas de fibras ocas de poliimida são promissoras devido ao seu alto teor de H2 de gás, CO2, e O2 com alta permeabilidade e seletividade a gases, e têm aplicações promissoras. Mais do que 90% das aplicações de separação de gás por membrana estão na separação de gases não condensáveis, como o CO2 do metano, nitrogênio do ar, hidrogênio do nitrogênio, argônio de metano, etc. Fibra oca de poliimida As membranas de fibra oca de poliimida também são usadas para remover água de álcoois e gases de alimentação de hidrocarbonetos e como membranas de nanofiltração.
As fibras ácidas de poliimida são produzidas girando ácidos poliimida sintéticos como precursores, seguido de imidização e estiramento térmico para obter fibras de poliimida. A vantagem deste método é que sua solubilidade não precisa ser considerada, a escolha de monômeros é variada, e uma estrutura mais adequada pode ser selecionada para a preparação da solução de fiação. No entanto, o processo de imitação é relativamente complexo e as moléculas de água geradas durante a reação podem causar defeitos nas fibras.
Com o uso de membranas de fibra oca de poliimida, certas abordagens precisam ser tomadas para resolver os problemas que surgem. A modificação do polímero é um dos principais métodos para melhorar o desempenho das fibras ocas de poliimida. Os métodos comuns de modificação incluem métodos físicos, como a mistura, composição, Revestimento, anelamento, e métodos químicos, como reticulação, pirólise, e modificação de polieletrólitos. Modificação por radiação ionizante também foi relatada.
O núcleo das aplicações de fibra oca de poliimida na tecnologia de membrana de separação é o módulo de membrana. As membranas de fibra oca são tubos ocos extremamente finos que são autoportantes; devido ao diâmetro fino dos feixes de fibras, eles têm uma densidade de embalagem mais alta do que qualquer outro componente e são uma classe melhor de módulos de membrana. Um módulo de membrana de fibra oca é mostrado na Figura 1. Um grande número de membranas de fibra oca (por exemplo., de cem a centenas de milhares) são agrupados em um feixe de fibra oca com as extremidades abertas do feixe fundido em resina epóxi para formar uma placa de tubo. Um ou mais desses elementos de membrana de separação de fibra oca são então inseridos em um recipiente com pelo menos uma entrada de gás misto, uma saída de gás permeável, e uma saída de gás não permeável. Em um conjunto de membrana de separação de gás de fibra oca, quando a mistura gasosa entra em contato com a membrana de fibra oca, componentes específicos da mistura gasosa (gás permeável) permear seletivamente através desta membrana e passar através da saída de gás permeável A separação do gás é conseguida recuperando o gás permeável através da saída de gás permeável e o gás não permeável através da saída de gás não permeável.
As aplicações industriais relatadas de fibras ocas de poliacrilamida são: purificação de biogás, desumidificação de ar comprimido, fertilizante recuperação de hidrogênio na produção, e purificação de gás de xisto para produção de gás natural.
(1) O Instituto de Pesquisa de Nova Energia da Universidade de Petróleo da China (Pequim) colaborou com a Agência Alemã de Cooperação Internacional (GIZ) e Evonik (Alemanha) realizar um teste piloto para separação por membrana e purificação de biogás, em que a Evonik foi responsável por fornecer os equipamentos de teste e a China University of Petroleum (Pequim) New Energy Research Institute colaborou com GIZ e Evonik.
A Evonik foi responsável por fornecer os equipamentos de teste e o New Energy Research Institute da China University of Petroleum (Pequim) foi responsável pelo monitoramento de dados e parte de teste. Os módulos de membrana usados no teste foram módulos de fibra oca de poliimida. Quatro módulos de membrana foram combinados em série, paralelo, ou ambos. Os resultados do teste de desempenho de membranas primárias, membranas secundárias, e processos terciários são dados.
(2) Instituto Changchun de Química Aplicada, A Academia Chinesa de Ciências relatou um teste piloto de módulos de membrana de fibra oca de poliimida para desumidificação de ar comprimido, usando fibra oca giratória de poliimida para produzir módulos de membrana para desumidificação de ar comprimido, e as especificações técnicas alcançadas são temperatura do gás de entrada de 20°C, a pressão de operação de 0.8 MPa, a capacidade de processamento de 60 nm3/h (1 nm3/min) para um único módulo de membrana, razão de gás de purga menor que 20%, e pressão atmosférica ponto de orvalho do gás do produto. O ponto de orvalho da pressão atmosférica do gás do produto atinge abaixo de -20 ℃. Pode substituir o liofilizador e ser usado na indústria pneumática, fonte de ar de pintura em spray e revestimento, e controle de umidade do ambiente pequeno, etc.
(3) Anhui Samsung Chemical Group Fuyang Chemical Fertilizer Plant relatou a aplicação da segunda geração da planta de extração de hidrogênio de separação por membrana de alta eficiência, usando
A taxa de recuperação de hidrogênio foi 92%, o teor de hidrogênio do gás residual foi <5%, e o volume de ventilação de síntese foi significativamente reduzido.
(4) Universidade Chinesa de Petróleo (Pequim) está cooperando com uma empresa de engenharia da Sinopec para desenvolver tecnologia de membrana de fibra oca para purificar a produção de gás de xisto e gás natural de poços de gás remotos com alto teor de CO2, e realizar testes de campo.
A comercialização de fibras ocas de poliimida produzidas pela UBE, Japão, tem sido amplamente divulgado na literatura. A UBE desenvolveu um separador de membrana de gás de fibra oca de poliimida do tipo bifenil sob o nome comercial Ube Gas Separator, que tem sido usado com sucesso para recuperação de hidrogênio, desumidificação de gás e desidratação de vapor orgânico, concentração de CO, Ajuste da razão CO/H2, Ele refinamento de gás, e separação de CO2 em vários gases residuais industriais. O equipamento de membrana de poliimida para a produção de nitrogênio é usado para separar nitrogênio usando membranas de fibra oca de poliimida para obter nitrogênio com pureza de 95% para 99%. Exemplos de usos comerciais são geradores de ozônio, rolamentos de ar, dispositivos médicos, máquinas e ferramentas de precisão, qualquer outra máquina pneumática, etc.
