Die Trennung von Kohlenwasserstoffen ist ein Kernprozess in der Erdölindustrie, der derzeit hauptsächlich auf energieintensiven Destillationstechnologien basiert. Druckgetriebene Nanofiltrations-/Umkehrosmosemembrantechnologien zeigen ein großes Anwendungspotenzial bei der Trennung von Kohlenwasserstoffen, da ihr Trennprozess keinen Phasenübergang zwischen Gas und Flüssigkeit beinhaltet, was den Energieverbrauch erheblich senken kann und für die Umgestaltung von kohlenstoffarmen Prozessen in der petrochemischen Industrie von großer Bedeutung ist. Traditionell durch Phasenwechsel hergestellte asymmetrische Polyimid(PI)-Membranen zeigen vielversprechende Anwendungsperspektiven bei der Trennung von flüssigen Kohlenwasserstoffen, weisen jedoch noch unzureichende Selektivität und Beständigkeit gegenüber Kohlenwasserstoffmolekülen auf. Um diese Probleme zu lösen, wurde eine thermisch induzierte Strukturumlagerung an asymmetrischen PI-Membranen durchgeführt. Dabei wurde eine thermochemische Reaktion zwischen den PI-Molekülketten festgestellt, die zur Ausbildung eines Vernetzungsnetzes zwischen den Ketten führt. Zusätzlich bewirkt der Segmentrelaxationseffekt bei hohen Temperaturen die Schrumpfung der Membranporen und die Verdichtung der Hautschicht, wodurch die Selektivität und Beständigkeit der PI-Membranen gegenüber Kohlenwasserstoffen effektiv verbessert wird. Weitere Untersuchungen zeigten, dass der thermische Umformprozess der PI-Membranen einen Selbstlimitierungseffekt aufweist. Bei abnehmender Aufheizrate läuft die Imidring-Öffnungsreaktion vollständig ab, und das gebildete Vernetzungsnetzwerk hemmt effektiv die Relaxation der Molekülketten und begrenzt so den Porenschlussprozess der Membran. Dieser Selbstlimitierungseffekt ermöglicht die Herstellung einer stark vernetzten und ultradünnen Selektivschicht, die die Permeabilität und den Trennfaktor von Kohlenwasserstoffgemischen durch PI-Membranen erheblich verbessert. Für asymmetrische PI-Membranen, die thermisch bei 330 und 340 ℃ umgeformt wurden, betrug die reine Toluendurchlässigkeit jeweils 0,51 bzw. 0,10 L m-2 h-1 bar-1, und der Trennfaktor zwischen Toluol und 1,3,5-Triisopropylbenzen (204 Da) erreichte 11,6 bzw. 26,4, was einem fortschrittlichen Stand der Technik entspricht, bei exzellenter Langzeitstabilität und erfolgreicher Erreichung einer effizienten Trennung von simuliertem Rohöl.

Polyimid, asymmetrische Membran, thermische Umlagerung, Kohlenwasserstofftrennung