17997

17997

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

دكتري

فرآيندهاي جداسازي

ارديبهشت 1396

دكتر تورج محمدي - دكتر رضا مسيبي بهبهاني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

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).

1396/08/09

10/31/2017 12:00:00 AM

Nowadays, since membrane separation processes offer many advantages, including low handling and operating costs, great operational flexibility, light weight and low space, they can be suitable methods for removing acid gases (CO2 and H2S) from natural gases. One of the most important parameters in selecting a good membrane is the type of the polymer. The polymer should have good affinity to H2S and CO2 compared to CH4 and consequently, acid gases permeability values can increase more due to their higher solubilities in the polymeric membrane. The previous researches showed that poly (ether-block-amide) (PEBAX-1074) is suitable for this purpose. Recently, successful attempts have been made to add nanoparticles to polymers in membrane preparation. If the size of the particles are incorporated into the polymer matrix is less than 100 nm, the prepared membranes will be known as nanocomposite membranes. High affinity to the molecule which is the purpose of the gas separation should be one of the significant characteristics of the selected nanoparticles. Most of the metal oxide nanoparticles such as SiO2, TiO2, Al2O3, ZnO, etc. are of positive interactions with acid gases and accordingly, can be used as fillers in polymer matrices. In other words, such prepared membranes will have suitable selectivities due to their high affinity to the acid gases resulting from the incorporated fillers. In this study, four types of nano inorganic fillers SiO2, TiO2, Al2O3, and ZnO are embodied into the PEBAX-1074 matrix to prepare nanocomposite membranes. All the membranes are prepared via solution casting-solvent evaporation method. The fabricated membranes are characterized using field emission scanning electron microscopy (FESEM), Fourier transform infrared (FT-IR), X-Ray Diffraction (XRD) and thermal gravimetric analysis (TGA). CO2 and CH4 permeation properties of the neat PEBAX and the PEBAX based nanocomposite membranes are investigated and the obtained results show that performance of the nanocomposite membranes is better than that of the neat membrane.