14399

14399

جداسازي غشايي دي‌اكسيدكربن از هيدروژن بااستفاده از نانوكامپوزيت پليمري و مدل‌سازي آن

دكتري

شيمي

اسفندماه 1393

اسفندماه 1393

دكتر تورج محمدي - دكتر نورالله كثيري

شيمي

چكيده هدف اين تحقيق ساخت يك غشاي نانوكامپوزيت پليمري به منظور جداسازي CO2 از يك جريان گازي سبك همانند H2 مي‌باشد. براي ساخت غشاي نانوكامپوزيت از روش‌هاي سل-ژل واختلاط محلول استفاده شد. در روش اختلاط محلول براي بهبود پراكندگي نانوذرات SiO2 در ماتريس پليمري از اصلاح فيزيكي و شيميايي سطح نانوذرات استفاده شد. ويژگي‌هاي ساختاري غشاهاي ساخته شده به كمك آزمون‌هاي SEM، DSC، FTIR(ATR)، DMTA، XRD و Tensile مورد ارزيابي قرار گرفتند. بررسي‌هاي انجام شده نشان داد غشاهاي نانوكامپوزيتي كه با روش اختلاط محلول و اصلاح شيميايي سطح نانوذرات SiO2 ساخته شده‌اند در مقايسه با ساير غشاها داراي مشخصات ساختاري بهتري هستند. بنابراين از اصلاح شيميايي سطح نانوذرات توسط اولئيك اسيد (OA) براي حذف پديده‌ي كلوخگيدر ساخت غشاهاي نانوكامپوزيت استفاده شد. براي بررسي بازده عملكردي غشاهاي ساخته شده آزمايش‌هاي گاز خالص (CO2، CH4، N2 و H2) و مخلوط گازي (%20/%80 (H2/CO2)، %60/%40 (N2/CO2) و %20/%80 (CH4/CO2)) انجام شد. نتايج آزمايش‌ها نشان داد كه حضور فاز غيرآلي در ماتريس پليمري PEBA باعث ارتقاء ويژگي‌هاي جداسازي غشاها شده است. به عنوان مثال، با افزايش درصد وزني نانوذرات از 0 به 8% گزينش‌گري ايده‌ال غشاها براي جفت گازهاي CO2/H2، CO2/CH4 و CO2/N2به ترتيب از (9، 18 و 56) به (17، 45 و 137) افزايش يافت. شايان ذكر است كهتراوايي گازهاي CO2، CH4، N2 و H2 از غشا خالص PEBA برابر 71، 8/3، 27/1 و Barrer 7/7 مي‌باشد. به علاوه، يك مدل رياضي صريح براي پيش‌بيني پارامترهاي انتقال (حلاليت، نفوذپذيري و تراوايي) در غشاهاي نانوكامپوزيت بر پايه‌ي تئوري حلاليت و نفوذ و مشاهدات تجربي توسعه يافت. روابط ارائه شده توسط وَن‌آمِرونگن و وَن‌كرِوِلن با توجه به خصوصيات فيزيكي اجزا و دماي گذر شيشه‌اي پليمر براي تخمين ضرايب حلاليت و نفوذ در غشاهاي تك‌لايه مورد استفاده قرار گرفتند. ضرايب نفوذ و حلاليت در غشاهاي نانوكامپوزيت سپس به مقادير متناظر آنها در غشاهاي تك لايه و خصوصيات ساختاري غشاهاي نانوكامپوزيت ارتباط داده شد. نتايج به دست آمده نشان داد كه مدل رياضي ارائه شده در اين تحقيق به خوبي قادر به تخمين ضرايب حلاليت، نفوذ و تراوايي مي‌باشد. به عنوان مثال مقادير تجربي و تخمين زده شده توسط مدل داراي ضريب همبستگي‌ 95/0، 97/0 و 96/0 به ترتيب براي حلاليت، نفوذ و تراوايي هستند. كلمات كليدي:جداسازي گاز، غشاي نانوكامپوزيت، ‌دي‌اكسيدكربن، هيدروژن، مدل‌سازي رياضي