PBI mixed matrix hollow fiber membrane: Influence of ZIF-8 filler over H2/CO2 separation performance at high temperature and pressure

渗透 渗透 材料科学 纤维 聚合物 化学工程 气体分离 复合材料 化学 工程类 生物化学
作者
Miren Etxeberría-Benavides,Timothy Johnson,Shuai Cao,Beatriz Zornoza,Joaquı́n Coronas,Javier Sánchez‐Laínez,Anahid Sabetghadam,Xinlei Liu,Eduardo Andrés-García,Freek Kapteijn,Jorge Gascón,Oana David
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:237: 116347-116347 被引量:83
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2019.116347
摘要

High performance and commercially attractive mixed-matrix membranes were developed for H2/CO2 separation via a scalable hollow fiber spinning process. Thin (~300 nm) and defect-free selective layers were successfully created with a uniform distribution of the nanosized (~60 nm) zeolitic-imidazole framework (ZIF-8) filler within the polymer (polybenzimidazole, PBI) matrix. These membranes were able to operate at high temperature (150 °C) and pressure (up to 30 bar) process conditions required in treatment of pre-combustion and syngas process gas streams. Compared with neat PBI hollow fibers, filler incorporation into the polymer matrix leads to a strong increase in H2 permeance from 65 GPU to 107 GPU at 150 °C and 7 bar, while the ideal H2/CO2 selectivity remained constant at 18. For mixed gas permeation, there is competition between H2 and CO2 transport inside ZIF-8 structure. Adsorption of CO2 in the nanocavities of the filler suppresses the transport of the faster permeating H2 and consequently decreases the H2 permeance with total feed pressure down to values equal to the pure PBI hollow fibers for the end pressure of 30 bar. Therefore, the improvement of fiber performance for gas separation with filler addition is compromised at high operating feed pressures, which emphasizes the importance of membrane evaluation under relevant process conditions.
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