پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده چکیده
موضوع تحقیق:
استفاده از حلال‌های یوتکتیک عمیق (DES) برای بهبود عملکرد غشاهای پلیمری در جداسازی گاز CO₂مورد توجه قرار گرفته است. غشاهایی که با استفاده از DES اصلاح می‌شوند، به‌عنوان غشاهای مایع پشتیبانی‌شده (SLM) شناخته می‌شوند.
روش تحقیق:
در این پژوهش، حلال‌های دوجزئی کولین‌کلرید/ اوره و سه‌جزئی کولین‌کلرید/ اوره/ DBU به‌عنوان DES برای بهبود کارایی غشای پلی(‌اتر-قطعه-آمید) (Pebax-1657) در جداسازی گاز CO₂ از CH₄ و N₂استفاده شده‌ است. غشاها به روش تبخیر حلال ساخته شده، با روش‌های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفتند.
نتایج اصلی:
نتایج آزمون گاز تراوایی در فشار 2 بار و دمای °C 30 نشان داد که تراوائی گاز CO₂ از barrer3/77 در غشای خالص به barrer4/96 در غشای حاوی 10% DES دوجزئی و barrer 7/101 در غشای حاوی 10% DES-DBU سه‌جزئی افزایش یافته است. گزینش‌پذیری‌های CO₂/N₂ و CO₂/CH₄ به‌ترتیب از 20/32 و 36/11 در غشای خالص به 56/38 و 77/13 در غشای 10% DES دوجزئی و 68/40 و 32/14 در غشای %10 DES سه‌جزئی بهبود یافت. با افزایش فشار خوراک عملکرد غشاها ارتقا یافت؛ به‌طوری‌که در فشار 10 بار در غشای 10% DES سه‌جزئی تراوئی CO₂ به barrer 8/162و گزینش‌پذیری CO₂/N₂ و CO₂/CH₄ به 13/56 و60/20 افزایش یافته است. با توجه به اینکه غشای DES سه‌جزئی عملکرد بهتری داشته است، در نهایت درصدهای وزنی مختلفی از DES-DBU در غشای Pebax مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که غشای حاوی ۲۰ درصد وزنی DES سه‌جزئی، بهترین عملکرد را در مقایسه با سایر غشاها داشته است. این غشا در فشار ۲ بار و دمای °C 30، تراوایی گاز CO₂را به barrer8/138 و گزینش‌پذیریCO₂/N₂ و CO₂/N₂ را به‌ترتیب به ۴۶/51 و 80/18 افزایش داده است. با افزایش فشار به ۱۰ بار، تراوایی CO₂ به مقدار barrer 5/212 و گزینش‌پذیری گازهای CO₂/N₂ و CO₂/CH₄به‌ترتیب به ۶۶/۴۰ و ۲۵/۶۰ ارتقا یافت که در نهایت این غشا در مقایسه با سایر مطالعات انجام‌شده موفق به عبور از حد رابسون شده است که نشان‌دهنده پتانسیل بالای این غشا در کاربردهای مرتبط با جداسازی گاز CO₂ است.

چکیده تراوایی و انتخاب­پذیری دو عامل مهم در استفاده از غشاهای پلیمری در فرآیندهای جداسازی گاز هستند. لذا امروزه اصلاح و بهبود غشاها جهت افزایش این دو پارامتر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش به منظور بهبود عملکرد غشاهای پلیمری، به سنتز غشاهای مرکب دو جزیی متشکل از Pebax^®1657 و PVA در جداسازی گاز CO₂ پرداخته شد و اثرات ناشی از درصدهای وزنی متفاوت PVA در شبکه پلیمر Pebax بر ساختار، مورفولوژِی و خواص گاز تراوایی غشاهای حاصله مورد ارزیابی قرار گرفت. تغییر در پیوندهای شیمیایی، میزان بلورینگی و مورفولوژی سطح مقطع غشاها به ترتیب به وسیله طیف سنجی مادون قرمز(FTIR)، میکروسکوپ الکترونی پویشی گسیل میدانی(FESEM) و آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی(DSC) بررسی شد. نتایج آزمون حرارتی حاکی از افزایش بلورینگی و دمای انتقال شیشه­ای در ازای افزودن 5 الی 15 درصد وزنی PVA بوده است. اما با افزایش محتوی PVA به 20درصد وزنی، بلورینگی کاهش یافت. تصاویر میکروسکوپی برای غشا Pebax خالص یک سطح مقطع یکنواخت و عاری از هرگونه عیب و نقص را نشان داده است اما با افزودن PVA، شیارها و ساختارهای غارگونه­ای در سطح مقطع غشاهای مرکب مشاهده شد. عملکرد غشاها در جداسازی CO₂/N₂ غشاها با استفاده از سامانه حجم ثابت در دمای°C 30 و فشار خوراک 2، 6 وbar10 اندازه­گیری شد. نتایج به دست آمده نشان داد که تراوایی CO₂ در غشاهای مرکب با افزایش محتوی PVA در غشا Pebax بهبود یافت. به طوری که بهترین تراواییCO₂ برابر با Barrer 204.64 بوده است که در فشار bar 10 و توسط غشای Pebax/PVA (20 wt.%) حاصل شد. علاوه بر این غشای مرکب حاوی 15 درصد وزنی PVA بیشترین گزینش پذیری CO₂/N₂ را با مقدار 100.21 و در فشار bar 10 و دمای °C30 نشان داد.