نفیون یک فلوروپلیمر-کوپلیمر تترافلورو اتیلن سولفوناته است. هدایت یونی بالایی دارد و به عنوان پلیمر تبادل کاتیونی عمل می کند. نفیون دارای مقاومت مکانیکی بالا ، ثبات حرارتی و شیمیایی عالی است. در دمای بالا (تا 190 درجه سانتیگراد) بسیار پایدار است و در مقایسه با سایر پلیمرها دمای کاری نسبتاً بالاتری دارد.
بهواسطه خواص منحصربهفرد نفیون بهعنوان شاخصترین پلیمر یونی پرفلوئورینه تجاری، از این ماده بهصورتغشای پلیمری، محلول پلیمری نفیون، رزین نفیون یا ژل نفیون بهصورت خالص و یا ترکیب با مواد دیگر در اغلب فناوریهای غشایی اعم از کاربردهای الکتروشیمیایی (شامل سلهای گالوانیک و الکترولیز) و یا فرآیندهای جداسازی در صنعت استفاده میگردد. یکی از کاربردهای اولیه صنعتی و مهم پلیمرهای پرفلوئورینه یونی مانند نفیون، استفاده از آن بهعنوان غشاء جداکننده بخشهای آنولیت و کاتولیت در صنعت کلر-آلکالی غشایی میباشد. شکل 1 بطور شماتیک نقش غشای نفیون را در فرآیند الکترولیز کلر-آلکالی غشایی توضیح میدهد.
شکل 1: شماتیک دیاگرام غشای نفیون در فرآیند کلر-آلکالی غشایی
از موارد کاربرد دیگر نفیون میتوان به الکترولیز آب به منظور تولید هیدروژن، الکترودیالیز، دیالیز، شکستن نمکها (Salt splitting)، تصفیه پساب، بازیافت یونهای فلزی، آبکاری، اصلاح سطح فلزات و… اشاره کرد. شکلهای 2 و 3 به ترتیب نقش غشا نفیون در الکترولیز آب جهت تولید هیدروژن و فرآیند الکترودیالیز نشان میدهد.
شکل 2: نفیون در الکترولیز آب جهت نولید هیدروژن
شکل 3: نقش غشای نفیون در فرآیند الکترودیالیز
از دیگر موارد کاربرد نفیون میتوان به پیلهای سوختی پلیمری، باتریهای قابل شارژ لیتیم- سولفور و باطریهای جریانی وانادیوم اشاره نمود. ساخت حسگرها و عملگرهابویژه (IPMC)، ابزار پزشکی و رهایش دارو از دیگر کاربردهای نفیون میباشند. شکل 4 نقش غشا را در یک پیل سوختی پلیمری به عنوان مهمترین کاربرد غشا نفیون در حوزه تبدیل انرژی نشان میدهد.
شکل 4: نقش غشای نفیون در یک پیل سوختی پلیمری
ازجمله کاربردهای دیگر غشا یا رزین نفیون میتوان به خشککردن و مرطوبسازی گازها اشاره نمود. استفاده از این غشا بهعنوان ماده نیمههادی برای تهیه مواد با خلوص بالا، در فرم رزین بهعنوان رزین تبادل پروتون در محیطهای خورنده، اصلاحکننده آبدوستی و خاصیت خودتمیزشوندگی سطوح بهویژه درزمینه پوششهای پلیمری از کاربردهای نفیون میباشند. رزین نفیون میتواند بهعنوان کاتالیست اسیدی قوی در سنتز مواد و ایزومری شدن شیمیایی، آسیل دار یا آلکیل دار کردن با آلکیل هالیدها، استری شدن، آبکافت اترها و الیگومر شدن استفاده گردد.
کاربردها و بازار مصرف در میان تمام کاربردهای نفیون و فلمیون، بخش فرآوری مواد شیمیایی بیشترین سهم را از نظر درآمد در بازار جهانی به خود اختصاص داده است. انتخاب نفیون به دلیل مزایای مختلف، از جمله کاهش هزینه های عمر / هزینه سرمایه گذاری، توقف محدود نگهداری، وقفه های کمتر فرآیند ، مقادیر سازگار تولید و کاهش مصرف انرژی در فرآوری شیمیایی در حال افزایش است. اینها مهمترین عواملی است که باعث فروش عمده نفیون در بخش فرآوری مواد شیمیایی شده است.
در ذیل برحسب حوزههای مختلف، کاربردهای متنوع نفیون و/یا فلمیون به فرم غشا، محلول یا رزین دستهبندی و گزارششده است.
کاربرد نفیون در حوزه فرآوری شیمیایی:
برای تولید کلر، سود یا پتاس در صنعت کلر-آلکالی غشایی (Chlor-alkali)
انواع الکترولیز غشایی مانند الکترولیز اسیدکلریدریک (HCl) بهویژه در صنایع تولید ایزوسیاناتها (TDI & MDI) و PVC
الکترودیالیز و دیالیز
تهیهٔ مواد بسیار خالص در صنعت ساخت نیمههادی (Semiconductor)
کاتالیست سوپر اسید (Super acid catalyst)
رزینهای تبادل یون (Ion exchange resin) جهت کاربرد در شرایط سخت شیمیایی و دمابالا
الکتروسنتز مواد شیمیایی باارزش (Fine chemicals) و مواد اولیهٔ دارویی (Pharmaceuticals)
تعمیر غشاهای صنعتی
کاربرد نفیون در حوزه انرژی:
پیلهای سوختی پلیمری (PEM Fuel cells) بهعنوان موتوربرقی وسایل نقلیه مانند خودروهای برقی وهیبدریدی (Hybrid vehicles)
تأمین برق منازل و ساختمانها (Stationary applications)
پیلهای سوختی متانولی (Direct methanol fuel cells) برای کاربرد در وسایل الکترونیکی قابلحمل مانند موبایل، تبلت، لپتاپ و …
پیلهای سوختی میکروبی (Microbial fuel cells)
سلولهای خورشیدی پلیمری جدید (Polymeric solar cells)
باتریهای لیتیم-گوگرد و لیتیم-پلیمر (Lithium polymer batteries)
ابر خازنها (Super capacitors)
باتریهای قابل شارژ با الکترولیت جریانی (Redox flow battery) مانند باتریهای وانادیومی (VRB)
الکترولیز آب بهمنظور تولید هیدروژن و اکسیژن خالص (Water electrolysis)
کاربرد نفیون در حوزه ابزار دقیق و آنالیز:
کامپوزیتهای پلیمریونی-فلزی (IPMC) بهعنوان حسگر(Sensor) و عملگر (Actuator)
ساخت لولههای نفیونی بهمنظور رطوبت زنی (Humidification) یا رطوبتزدایی از گازها (Drying)
کاربرد نفیون در حوزه پوشش دهی:
صنعت آبکاری فلزات
بازیافت و کاهش پساب صنعتی حمامهای آبکاری (Spent solution)
پوشش دهی سطوح و بناهای معماری و آثار باستانی بهمنظور آبدوست نمودن و بهبود خواص خود تمیز شوندگی (Self-cleaning)
