14031

14031

رطوبت‌زدايي از متان با استفاده از غشاي زئوليتي

دكتري

جداسازي

اسفند 1393

اسفند 1393

دكتر سيد نظام‌الدين اشرفي‌زاده

مهندسي شيمي

چكيده غشاهاي زئوليتي چابازيت و LTA با هدف كاربرد در رطوبت‌زدايي از متان سنتز شدند. غشاهاي چابازيت با يك مرحله لايه نشاني بر روي پايه آلفا آلوميناي متخلخل سنتز شدند. بهترين نتايج جداسازي براي غشاهاي توليد شده در دماي سنتز 140 درجه سانتي‌گراد و مدت زمان 20 ساعت با فرمول ژل اصلاح شده حاصل شد كه در اين شرايط، گزينش‌پذيري ايده‌آل معادل با 30 براي بخار آب به متان حاصل گرديد. بمنظور سنتز غشاهاي زئوليتي LTA با كيفيت بالا، شش مرحله اصلاح بر روي غشاها صورت گرفت. در ابتدا غشاهاي NaA با فرمول ژل غليظ سنتز شدند. سپس غشاهاي NaA با بذر آسياب شده، با بذر كوچكتر از ميكرون و فرمول ژل رقيق سنتز گرديدند. آزمايش‌هاي تراوش بخار آب و متان، ميزان گزينش‌پذيري ايده‌آل 14 را در دماي تراوش 30 درجه سانتي‌گراد براي غشاي سنتز شده با فرمول ژل رقيق و بذر كوچكتر از ميكرون نشان داد. غشاهاي NaA سنتز شده از طريق تعويض كاتيون سديم به پتاسيم در ساختار زئوليت، به غشاي KA تبديل شدند. از عامل كلريد پتاسيم براي تعويض يوني استفاده شد و دماي 40 درجه سانتي‌گراد و غلظت 1 مولار كلريد پتاسيم به عنوان شرايط بهينه ساخت غشاي KA تعيين گرديد. ميزان گزينش‌پذيري ايده‌آل 21 براي بخار آب به متان در دماي تراوش 30 درجه سانتي‌گراد براي غشاي KA حاصل شد. در نهايت، غشاهاي NaA بر روي پايه‌هاي كلرينه شده سنتز شدند. براي كلرينه كردن پايه‌هاي سراميكي آلفا آلومينا از عامل تيونيل كلرايد استفاده شد. تحليل‌ها حاكي از آن است كه عامل تيونيل كلرايد با گروه‌هاي عاملي سطحي هيدروكسيل در پايه آلومينا واكنش داده و موجب كلرينه شدن سطح پايه‌ها مي‌گردد. هنگام سنتز هيدروترمال غشا، گروه¬هاي عاملي كلر پايه با گروه‌هاي عاملي هيدروكسيل هسته‌هاي زئوليتي تشكيل شده، پيوند كووالانسي برقرار كرده و موجب سنتز لايه زئوليتي با حداقل حفرات بين كريستالي و همچنين جهت‌گيري كنترل‌شده كريستال‌هاي زئوليتي بر روي سطح پايه مي‌شوند. ميزان گزينش‌پذيري ايده‌آل بخار آب به متان معادل با 26 براي غشاهاي سنتز شده بر روي پايه كلرينه شده حاصل شد. براي توصيف و تحليل انتقال گاز و بخار از غشاهاي سنتز شده، يك مدل رياضي بر مبناي معادلات ماكسول-استفان توسعه داده شد. مكانيزم نفوذ سطحي به عنوان مكانيزم غالب انتقال جرم از غشاهاي زئوليتي سنتز شده درنظر گرفته شد. شار تراوشي بخار آب و متان از غشاي NaA توسط مدل توسعه داده شده محاسبه و با مقادير آزمايشگاهي مقايسه شد كه ميزان تطابق خوبي براي غشاهاي NaA سنتز شده بر روي پايه اصلاح شده مشاهده گرديد. واژه‌هاي كليدي: غشا، رطوبت‌زدايي، گاز طبيعي، زئوليت NaA، زئوليت چابازيت، انتقال جرم، مدل‌سازي.