ساخت و ارزيابي غشاهاي پليمري نانوكامپوزيت از جنس PEBAX به منظور جداسازي گازهاي اسيدي از متان

دكتري

امروزه استفاده از فرآيندهاي غشايي، به دليل مزاياي فراوان مانند هزينه‌ي راه‌اندازي اندك، سهولت در عمليات، هزينه‌ي عملياتي پايين و احتياج به فضاي كم مي تواند روشي مناسب براي حذف گازهاي اسيدي (CO2 و H2S) از جريانات گازي و فاقد بسياري از مشكلات موجود در روش‌هاي متداول پيشين باشد. يكي از مهم‌ترين عوامل در انتخاب غشاي مناسب جهت جداسازي گازهاي اسيدي از متان، انتخاب پليمري است كه بر هم‌كنش آن با گازهاي اسيدي بيشتر از بر هم‌كنش آن با متان باشد و بتواند گازهاي اسيدي را به مقدار قابل توجهي در خود حل نمايد تا درنهايت مقدار گزينشگري گازهاي اسيدي در مقابل گاز متان افزايش يابد. كوپليمر اتر بلاك آميد (PEBAX-1074) يكي از پليمرهايي است كه به دليل داشتن برهم‌كنش مطلوب با H2S، اين قابليت را دارا مي باشد. يكي از روش‌هايي كه در سالهاي اخير تحولات چشم‌گيري در فرآيندهاي جداسازي گاز ايجاد كرده، استفاده از نانوذرات در ساختار شبكه پليمر است. چنانچه قطر نانوذرات موجود در شبكه پليمر كوچكتر از 100 نانومتر باشد، به غشاهاي تهيه شده اصطلاحاً غشاهاي نانوكامپوزيت گفته مي‌شود. معمولاً در ساخت اين غشاها سعي مي‌شود كه نانوذرات به گونه‌اي انتخاب شوند كه برهم‌كنششان نسبت به گازي كه هدف اصلي جداسازي است، مثبت باشد. بسياري از نانوذرات اكسيد فلزي همانند اكسيد سيليس، اكسيد آلومنيوم، اكسيد روي و ... داراي برهم‌كنش مثبت با مولكولهاي H2S مي‌باشند بنابراين توانايي آنها براي جذب مولكولهاي CO2 و H2S نسبت به مولكولهاي CH4 بيشتر است و بكارگيري آنها در ساختار غشا، مي تواند به افزايش ميزان انحلال گازهاي اسيدي كمك بسياري نمايد. در اين پژوهش سعي شده است با استفاده از پليمر PEBAX-1074 و نانوذرات سيليكا، آلومينا، تيتانيا و اكسيد روي به روش اختلاط محلول، غشاهاي نانوكامپوزيت پليمري مختلفي ساخته شوند. جهت ارزيابي ويژگي‌هاي ساختاري غشاهاي ساخته شده، آزمون‌هاي FESEM، TGA، FT-IR و XRD انجام شده است. در نهايت به منظور بررسي عملكرد غشاهاي ساخته شده، آزمايش تراوش‌پذيري گازهاي خالص CO2 و CH4 انجام مي‌گيرد. نتايج تراوايي گاز نشان داد كه عملكرد تمامي غشاهاي نانوكامپوزيت در جداسازي CO2 از CH4 از غشاي خالص بهتر است (به عنوان مثال گزينش‌گري ايده‌آل غشاي خالص PEBAX-1074 و غشاهاي نانوكامپوزيت PEBAX-1074/SiO2، PEBAX-1074/Al2O3، PEBAX-1074/TiO2 و PEBAX-1074/ZnO با بارگذاري %8 وزني از نانوذرات در دماي °C 25 و فشار bar 3 به ترتيب 09/11، 28/13، 24/14، 18/13 و 51/13 مي‌باشد) و بيشترين تراوايي و گزينش‌گري مربوط به غشاي ساخته شده هيبريدي-نانوكامپوزيت PEBAX-1074/PEG-400/TiO¬2 مي‌باشد (به عنوان مثال تراوايي گاز دي‌اكسيدكربن و گزينش‌گري ايده‌آل اين نوع غشا با بارگذاري %8 وزني از نانوذرات TiO2 و 40% وزني PEG-400 در دماي °C 25 و فشارbar 2 به ترتيب Barrer 46/204 و 61/23 مي باشد).

190373

دانشگاه علم و صنعت ايران

فرآيندهاي جداسازي

دكتر تورج محمدي - دكتر رضا مسيبي بهبهاني