尽管用于 H2/CO2 分离的聚合物基膜具有诸多优点,但其在工业应用中的发展也面临着一些挑战,其中较重要的是塑化和高温下的低稳定性。玻璃聚合物具有刚性,因此可抗塑化并在高温下保持稳定,是合适的选择。有人建议使用聚苯并咪唑(PBI)进行 H2/CO2 分离,这是一种符合上述要求的特种聚合物。它在高温下(玻璃转化温度,Tg = 425-435℃)稳定,具有较高的 H2/CO2 本征选择性,并且由于具有高硬度结构和致密的链包装,预计可以承受塑化。然而,气体分子通过 PBI 的传输速率非常缓慢,这也是由于它具有使其更耐塑化的相同特性。改善其渗透性的方法包括与渗透性更强的聚合物混合、改变其化学结构以及在聚合物基体中添加填料。PBI 塑料可用于制造太阳能电池板边框,提高电池板的耐用性。江苏PBI喷嘴厂商
根据膜孔径的大小,多孔膜中的气体传输可分为三种不同的状态(图 2a-c)。当孔径相对较大(0.1-10 微米)时,气体混合物通过对流穿过膜,不发生分离。当孔径小于 0.1 微米时,由于其与气体的动力学直径相似,因此传输是通过克努森扩散来描述的。当孔径在 0.5 至 1 纳米之间时,会根据分子大小产生相对分离。膜制备:致密膜通常采用溶液浇铸法生产(图 3a),将聚合物和任何添加剂溶解在适当的溶剂中,然后浇铸在玻璃板上,并放入温度较低的(真空)烘箱中,逐渐去除溶剂。一旦大部分溶剂被去除并形成致密膜,温度会进一步升高到溶剂沸点以上,以确保完全去除残留在膜中的任何溶剂。因此,致密膜通常很厚且对称。上海PBI板厂家以其良好的吸音性能,PBI 塑料可用于制造隔音材料,降低噪音污染。
正如它们的高 Tg(>400℃)所示,这些类型的聚合物具有非常坚硬的结构,可明显抵抗二氧化碳塑化,使膜即使在高温下也能保持分离性能。尽管具有这些优点,PBI 聚合物在气体分离方面仍面临着一些挑战,包括由于高度的链堆积和坚硬的聚合物骨架以及脆性而导致的低 H2 渗透性,这使得用这种材料制造薄膜十分困难。聚合物混合、官能化、交联、前体聚合物的热重排、N 取代改性和无机颗粒的加入是克服其缺点的一些方法。目前,m-PBI 是独一可在市场上买到的 PBI,因此,预计还需要更多的努力来普遍研究不同的膜改性技术,以改善其气体传输特性。
扩散系数通常受聚合物分子结构的影响,聚合物分子结构允许特定气体分子根据其大小优先通过,这些大小通常用其动力学直径表示。H2 和 CO2 的动力学直径分别为 0.289 纳米和 0.33 纳米,这意味着 H2 的扩散速率通常较高。另一方面,CO2 的溶解度比 H2 高,因为它具有更高的冷凝性,临界温度 (Tc) 就表明了这一点:Tc,CO2 = 304 K,Tc,H2 = 33 K。由于 H2 的动力学直径比 CO2 小,冷凝性比 CO2 低,因此聚合物通常具有良好的 H2/CO2 扩散选择性,但溶解性选择性较差。PBI塑料的热稳定性在氮气中可超过500℃。
ZIF-7 的孔径为 3.0 A,完全介于 H2 和 CO2 的分子动力学直径之间。将 ZIF-7 添加到 m-PBI 中,添加量达到 50%,结果表明所有 MMMs 成分的 Tg 值均高于纯 m-PBI膜,这表明热稳定性得到了进一步提高。在分离性能方面,MMMs 明显提高了 H2 的渗透性,H2/CO2 的选择性略有增加。同一研究小组建议使用 ZIF-8 作为填料来提高 H2 的渗透性,因为 ZIF-8 比 ZIF-7 更多孔。随着 ZIF-8 负载的增加,ZIF-8/m-PBI 膜的 H2 渗透率急剧上升,从纯 m-PBI 的 3.7 巴勒上升到 60/40 ZIF-8/m-PBI 的 1749.9 巴勒。在填料含量为 17.8 wt% 时,H2 /CO2 选择性较初上升到 13.2 的较大值,随后又再次下降。PBI塑料是现有工程塑料中强度较高的产品。安徽PBI轴承
因其低热膨胀系数,PBI 塑料可用于光学仪器,保证光学元件的精度。江苏PBI喷嘴厂商
开裂或起泡:虽然这种情况并不常见,但当 PBI 部件吸附了水分时,剧烈的环境冲击可能会导致严重的部件损坏。当含水分的 PBI 部件经历温度和/或压力的急剧变化时,可能会出现这种情况。例如,一个在环境温度和压力下含水量为 4% 的部件,如果被置于 300C 的全真空环境中,可能会因水分逸出而开裂或起泡。同样,一个在蒸汽中饱和的 PBI 部件,在快速减压后可能会开裂或起泡。为避免出现这些情况,用户必须了解如何储存和干燥 PBI 部件,并应参考本指南。江苏PBI喷嘴厂商