近几十年来,氢气作为一种高质量的可再生能源载体,在全球范围内重新获得了越来越多的关注,这主要是由于燃料电池的进步以及人们对环境问题的日益关注。目前,化石资源的蒸汽转化是生产 H2 的主要途径。但这一工艺的缺点是会产生大量温室气体,包括作为副产品的二氧化碳。在过去的几十年里,膜分离技术有了长足的发展、突破和进步,可以成为实现廉价和高纯度 H2 的关键组成部分。然而,只有少数膜材料能够承受通过蒸汽转化生产 H2 的苛刻条件。基于聚苯并咪唑(PBI)的膜显示出突出的化学、热和机械稳定性,以及高内在 H2/CO2 选择性。本综述旨在概述基于 PBI 的结构改性、交联、混合基质和中空纤维膜的较新发展,以开发适用于工业的 H2 选择性膜。PBI塑料的热稳定性在氮气中可超过500℃。上海PBI部件机加工
弯曲强度与较大固化压力的关系,浅色阴影,8000gmol^(-1),“活”;中等阴影,20000g mol^(-1), “活着”;深色阴影,8000g mol^(-1) 封端。观察到的弯曲模量值(图 7)与基于混合物规则的预期一致。两种 8000g mol^(-1) 聚合物在所有固化压力下都具有可比的模量。任何差异都可以归因于空隙含量和层压板厚度的细微差异,20000g mol^(-1) PBI 在所有压力下都具有较低的模量,这是由于该预浸料系统中的低流动(树脂含量较高)和较高的空隙含量。弯曲模量与较大固化压力的关系。浅色阴影,8000g mol^(-1),“活”;中等阴影,20000g mol^(-1),“活”;深色阴影 8000g mol^(-1)1 封端。上海PBI航空卡扣厂商Celazole® PBI制品在半导体和平板显示器制造中有商业化应用。
PBI 中空纤维:要充分利用 PBI 的明显特性,必须将其转化为商业上可行的膜配置。这种膜组件的目标是降低膜成本,较大限度地提高气体渗透率和膜表面体积比,以获得较小的整体碳足迹和组件尺寸,因为所需的高压和高温膜外壳是一个重要的资本成本组成部分。利用中空纤维膜(HFM)组件是一种很有前途的方法,可以在减少组件尺寸的同时明显增加膜的有效面积。在各种膜配置中,中空纤维膜组件可提供较大的堆积密度。HFM 模块的堆积密度高达 30,000 m²/m³。我们一直在努力研究将中空纤维的有益特性与 m-PBI 结合形成高渗透、高面积密度膜所产生的协同效应。由于高频膜通常具有非对称结构,而且选择层超薄,容易产生缺陷。因此,在制造过程中通常需要添加填料、交联和涂层等步骤来提高选择性。表 4 总结了较近开发的基于 m-PBI 的 HFM 的 H2/CO2 分离性能。
聚苯并咪唑 (PBl) 是一种杂环聚合物,以其出色的热稳定性和化学稳定性而闻名。Hoechst Celanese 较近开发了 PBI(2,2'-(间苯基)-5,5'-双苯并咪唑)作为工程塑料,商品名为 Celazole。该聚合物具有出色的抗压强度、高拉伸强度和模量,玻璃化转变温度为 425℃。过去曾使用低分子量、低聚形式的 PBI 作为复合材料基质材料。此外,原位聚合会产生大量缩合副产物(苯酚和水),这意味着需要高压固化条件来较大限度地减少空隙。近来,中等分子量的 PBI(12000-20000g mol^(-1) 重均分子量)已与 N,N-二甲基乙酰胺 (DMAc) 溶剂结合使用,以生产具有出色粘性和悬垂性的预浸料。这些预浸料明显减少了缩合副产物,从而提高了可加工性和性能。本文报道了聚合物改性,这些改性增强了在标准高压釜压力下固化 PBI 预浸料的能力,并具有改进的高温复合材料性能的额外优势。PBI 塑料的良好加工性能,使其能被加工成各种复杂形状的产品。
可以使用酸掺杂作为一种交联方法来增强 m-PBI 膜的尺寸筛分能力。研究人员特别使用 H3PO4 和 H2SO4 作为聚丙烯酸来交联 m-PBI 薄膜(图 9c)。通过改变交联溶液中 0.05 至 1.0 wt% 的酸浓度,可获得不同的掺杂水平。交联膜在 200 ℃ 下仍很稳定,在 150 ℃ 下的 H2/CO2 选择性高达 140,令人印象深刻。他们还进一步测试了膜的耐久性,结果表明膜在高温下可稳定运行 120 小时。同一研究小组的 Hu 等人建议使用草酸(OA)和反式乌头酸(TaA)进行 m-PBI 交联。他们发现,酸掺杂对气体溶解度的影响并不明显,而且主要通过提高扩散选择性来改善 H2/CO2 分离性能。表 2 总结了文献中报道的交联 m-PBI 膜的性能。在汽车制造中,PBI 塑料可用于制造发动机零部件,提高发动机的性能和可靠性。上海PBI部件机加工
PBI塑料的加工难度较大,需要专业设备和技术。上海PBI部件机加工
PBI材料是目前塑料领域站在顶端的材料,正是如此其价格也是远远超过普通工程塑料。在耐磨耐高温方面独领风采。由于PBI不能熔化所以只能模压成型,做涂层,做薄膜。美国PBI公司已经生产出PBI颗粒,但是受到管制,很少有流通到国内。Celazole材料是美国PBI 公司注册用于PBI材料销售的商用名,PBI是目前塑料中耐温等级较gao的材料,属于热固性材料,没有熔点,长期使用温度可以到400℃。缺点是耐高温蒸汽的能力不足,吸收水分后性能降低。上海PBI部件机加工
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