اصلاح سطح نانوذرات سيليكا با پليمريزاسيون پيوندي آكريل آميد و بررسي اثر حضور اين ذرات بر خواص جداسازي گاز غشاي Pebax

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

امروزه با توجه به پيشرفت صنايع و افزايش استفاده از سوخت¬هاي فسيلي، شاهد آلودگي روزافزون هوا و افزايش انتشار گازهاي گلخانه¬اي هستيم. از اين رو پژوهشگران همواره به دنبال راه¬هاي مختلف براي كنترل و كاهش انتشار اين گازها بوده¬اند. فناوري غشا از جمله روش-هاي جديد است كه به دلايل مختلف از جمله مصرف پايين انرژي، دوام و استحكام مكانيكي بالا و هزينه پايين سرمايه¬گذاري بسيار مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش با ساخت غشاهاي زمينه مركب متشكل از ذرات معدني سيليكا درون زمينه پليمري پلي¬اتربلاك-آميد با نام تجاري Pebax سعي در بهبود عملكرد غشاهاي جداسازي گاز كرديم. پليمر پلي¬اتربلاك¬آميد از دو بخش سخت و نرم تشكيل شده است. بخش سخت پلي¬آميد استحكام مكانيكي غشا را تامين مي¬كند و به دليل وجود گروه¬هاي آمين، جاذب CO2 است اما بخش نرم پلي¬(اتيلن¬اكسايد) به دليل انعطاف¬پذير بودن و حضور پيوندهاي اتيلن¬اكسايد قطبي، باعث افزايش تعاملات بين گازهاي قطبي مانند كربن¬دي¬اكسيد و توده پليمر شده و در نتيجه جذب و نفوذ اين گاز در مقايسه با گازهاي غيرقطبي افزايش مي¬يابد. افزودن نانوذرات معدني مانند سيليكا به زمينه پليمري، سبب افزايش حجم آزاد بين زنجيرها و از هم گسيختگي تراكم زنجيرهاي پليمر مي¬شود كه به دنبال آن نفوذ گاز افزايش مي¬يابد. مشكل اصلي در ساخت غشاهاي زمينه مركب پراكندگي يكنواخت ذرات در زمينه و عدم چسبندگي مناسب بين ذرات و زمينه پليمر است. با انجام اصلاح سطحي ذرات مي¬توان گفت اين مشكل تا حدي رفع مي¬شود. از اين رو در اين پژوهش ابتدا سطح نانوذرات سيليكا را با پليمريزاسيون پيوندي آكريل¬آميد اصلاح كرديم و سپس از ذرات اصلاح شده براي تهيه غشا زمينه مركب بر پايه پليمر پلي¬اتربلاك¬آميد استفاده شد. به اين ترتيب علاوه بر بهبود پراكندگي ذرات در زمينه پليمري، به دليل برهمكنش گاز CO2 با گروه¬هاي عاملي ايجاد شده روي سطح ذرات، حلاليت و در نتيجه تراوايي اين گاز در غشا افزايش يافت. براي اطمينان از انجام اصلاح سطح نانوذرات، آزمون¬هاي FTIR, FE-SEM و TGA بر روي نانوذرات انجام شد. غشاهاي خالص و نانوكامپوزيتي نيز با آزمون¬هاي Tensile, TGA, DSC, FE-SEM, XRD, ATR و تراوايي گاز خالص ارزيابي شدند. بهترين عملكرد تراوايي گازهاي N2, He و O2 مربوط به غشاي حاوي 2% وزني نانوذره و بهترين عملكرد تراوايي گازهاي CH4 و CO2 مربوط به غشاي حاوي 3% وزني نانوذره بود. اين مقادير به ترتيب برابر 96/6، 10/2، 54/4، 83/4 و 19/96 بارر اندازه¬گيري شد. طبق نتايج، مقادير تراوايي نسبت به غشا خالص به ترتيب 57/31، 39/21، 37/22، 21/23 و 42/34 درصد افزايش يافتند. بيشترين ميزان گزينش¬پذيري CO2/N2 و CO2/CH4 نيز برابر 36/57 و 89/19 به ترتيب با درصد بهبود 30/38 و 99/8 نسبت به غشاي خالص بود. طبق منحني رابسون نيز با افزايش ميزان نانوذرات تا 5% وزني، داده¬ها به كران بالاي رابسون نزديك شدند.

212221

مهدسي پليمر (فرآورش)

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان

افسانه فخار

احمد اسدي نژاد، احمد محب

مرتضي صادقي