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世界范围内中空纤维分离膜在气体分离领域的最新进展
《纺织导报-产业用纺织品增刊》 / 时间:2017-02-15 11:43:08

  据纺织导报网2017年2月14日讯 20世纪80年代美国孟山都(现Permea公司)首次推出聚砜非对称中空纤维气体分离膜(HFGSM)“PRISM”后,迄今已过了30多年。它是靠在膜表层涂覆聚二甲基硅烷(PDMS)薄层而制成的。此后宇部兴产(UBE)开发了聚酰亚胺(PIM)HFGSM,用于CI化学的H2/CO2分离,首次成功地实现无缺陷的非对称膜,无需表面涂覆PDMS。下图为目前国外主要公司所研发的HFGSM的年代、材质、商品名、应用条件及所处生产或研发阶段。

气体分离膜的研究和开发

气体分离膜的研究和开发


  宇部兴产公司
  该公司的PIM中空纤维非对称膜早已成功分离空气中的氮和氧,其中的富氧(30~35%)主要应用于医用急救、锅炉助燃和化工氧化剂处,氮气主要用于石油化工现场等易燃易爆仓库的防爆气氛、车辆刹车片用除湿膜等处。最近发现,将氮气注入咖啡等饮料中能起到爽滑触舌的作用,因此开发了面向该领域的氮发生器。
  在美国,到今年5月底,仅纽约等七大城市已有500余家咖啡店出售这种饮料,且有蔓延之势。另一重要用途是CO2的分离回收。为了抑制地球的暖化,削减和利用排放的CO2已成为重要课题,日本一些钢厂和发电厂已将用PIM中空纤维分离装置所回收的CO2用于化工厂的羰基合成等C1(一碳化学)方面。

世界范围内中空纤维分离膜在气体分离领域的最新进展

 
  大赛璐和Evonik公司
  大赛璐和Evonik公司将PIM中空纤维膜创造性地应用于废水处理厂、食品厂和畜产设施所排放的高浓度甲烷气体处理,并加以利用。在韩国,该公司利用首尔市废水处理厂所抽出的甲烷气建设了大型发电工程,在海外则扩大应用,用于油田天然气精制厂,并开发了制氢专用的HFGSM,以扩大在能源领域的应用。
  产业技术综合研究所
  日本产业技术综合研究所利用中空纤维碳素膜开发了有机氢化物型氢气站所用的超高纯度氢气精制技术,以满足丰田汽车等公司氢燃料汽车所需的高压氢气站的需求。下图为其氢气制造至汽车应用的产业链情况。

采用膜分离技术由有机氢化物生产高纯氢并用于燃料电池汽车的流程图

采用膜分离技术由有机氢化物生产高纯氢并用于燃料电池汽车的流程图


  这种中空纤维碳素膜采用磺化聚苯醚(SPPO)进行湿法纺丝后,将制得的中空纤维进行特殊处理,然后分别于600、650和700 ℃热空气中碳化1h而得。用它制备高纯氢的原料和工艺条件如下表所示。


世界范围内中空纤维分离膜在气体分离领域的最新进展


  山口大学学院
  山口大学学院将PIM中空纤维膜置于500℃以上的活性气体中进行热处理,再于700和800℃高温下热处理而制得具有纳米微孔的中空纤维碳素膜,这种膜对氢气有良好的选择透过性,同样可用于高纯氢气的制备。
  北京化工研究院环保所
  北京化工研究院环保所研究了聚砜非对称膜和聚环氧乙烷(PEO)改性PIM膜对CO2/N2的选择性分离的方法,并与分子筛膜、混合基质膜等作比较。