غشاهاي زمينه مختلط پلي (يورتان- اوره) حاوي چارچوب¬ آلي- فلزي (Mg-MOF-74) به منظور جداسازي گاز CO2

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پليمر

كارشناسي ارشد

استفاده از غشاهاي نانوساختار در جداسازي گازها، بخارات و مايعات، رويكردي نوين و كارآمد در مقايسه با فرايندهاي متداول همچون جذب و تقطير محسوب مي‌شود. اين فناوري به دليل مزاياي چشمگيري همچون هزينه پايين، مصرف انرژي كم و سازگاري با محيط‌زيست، براي صنايع نفت، گاز و پتروشيمي جذابيت فراواني دارد. بااين‌وجود، كاربرد گسترده آن به دليل محدوديت در دسترسي به غشاهايي با مقادير هم‌زمان بالاي گزينش‌پذيري و تراوايي، محدود شده است. در مواد پليمري رايج براي تهيه غشا، با افزايش گزينش‌پذيري، تراوايي كاهش مي‌يابد. نياز به غشاهايي با مجموعه‌اي از خواص مطلوب شامل تراوايي بالا، گزينش‌پذيري بالا، پايداري شيميايي، مكانيكي و حرارتي مناسب، توسعه غشاهاي زمينه مختلط را سبب شده است. در اين پژوهش، از غشاهاي پلي‌يورتاني به علت تراوايي و گزينش‌پذيري مناسب در جداسازي گازهاي اسيدي و خواص مكانيكي مطلوب استفاده شده است و چالش مهم ناتراوا بودن قطعات سخت مي‌باشد؛ بنابراين هدف از اين پژوهش بهبود عملكرد جداسازي گاز توسط آنها مي‌باشد. غشاي پلي‌يورتاني حاوي قطعات سخت متشكل از ايزوفرون دي ايزوسيانات (IPDI) و 4،1-بوتان دي آمين (BDA) و قطعات نرم پلي (تترامتيلن اتر) گليكول (PTMG) با وزن مولكولي 2000 گرم بر مول سنتز شد. نسبت مولي دي ايزوسيانات: زنجيرگسترنده: پلي‌ال جهت سنتز پلي‌يورتان به‌صورت 1:2:3 انتخاب شد. جهت تهيه غشاهاي زمينه مركب بر پايه پلي¬يورتان، نانوذرات چارچوب آلي - فلزي بر پايه منيزيم (Mg-MOF-74) سنتز و مشخصه¬يابي گرديد. جهت تأييد ساختار سنتز شده از آزمون¬هاي مشخصه¬يابي شامل FTIR و XRD استفاده شد. نانوذرات MOF-74 به روش سولوترمال در دماي 125 درجه سانتي¬گراد با استفاده از ليگاندهاي آلي 5،2-دي هيدروكسي ترفتاليك اسيد (H4DHTP) و هسته فلزي منيزيم (Mg) سنتز شد. به‌منظور بررسي تأثير نانوذرات Mg-MOF-74 بر خواص جداسازي گاز غشاي پلي‌يورتان، غشاهاي زمينه مختلط چگال پلي‌يورتان/ Mg-MOF-74 به روش جدايش فازي از طريق تبخير حلال تهيه و عبورپذيري گازهاي خالص N2، O2، CH4 و CO2 آن‌ها ارزيابي شد. تأثير ذرات بر ساختار و خواص جداسازي گاز غشاهاي زمينه مختلط حاصل توسط آزمون¬هاي FTIR، TGA، FE-SEM و آزمون تراوايي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج آزمون FE-SEM بيانگر توزيع مناسب ذرات در غلظت بهينه از آنها در بستر پليمر بود، همچنين نتايج آزمون FTIR حاكي از افزايش جدايي فازي در غشا 2.5 درصد وزني سپس كاهش جدايي فازي در غشا 5 درصد وزني بود. افزودن ذرات Mg- MOF-74 (از 0 تا 5 درصد وزني) به پلي‌يورتان منجر به افزايش تراوايي در غشاهاي زمينه مختلط تهيه شده نسبت به غشاي پليمري خالص شد كه داده‌هاي تراوايي براي غشا خالص، غشاي 2.5 درصد وزني، غشاي 5 درصد وزني و غشاي 7.5 درصد وزني به ترتيب برابر 87.5، 93.5 و 98.8 بارر است. بر اساس نتايج به‌دست‌آمده، غشاي حاوي2.5درصد وزني از ذرات، به‌عنوان بهترين گزينه در ميان غشاهاي موردمطالعه به‌منظور جداسازي گاز كربن‌دي‌اكسيد انتخاب شد، اين غشا نسبت به غشاي خالص 5/6 درصد افزايش تراوايي و 17 درصد افزايش گزينش‌پذيري را داشت.

229701

فرآورش

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان