مطالعه غشای آلیاژی پلی آکریلونیتریل ـ پلی سولفون و اثر نانو ذره های آلومینیوم اکسید برای جداسازی گاز

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران

چکیده

وجود برتری­ های فراوان سامانه ­های غشایی باعث گسترش استفاده از آن ­ها شده است. از غشا برای جداسازی گاز نیز استفاده می­ شود. در ایـن پـژوهش، بهبود ویژگی­ های جداسازی گاز در غشای آلیاژی پلی­آکریلونیتریل (PAN)و پلی­سولفون(PSF)  با افزودن نـانو ذره­ های آلومینیوم اکسید مورد مطالعه قرار گرفته است. با افزودن پلـی­ سـولفون به غشای پلی ­آکریلونیتریل، بهترین ترکیب درصد غشـای آلیـاژی به دسـت آمـد و سـپس روش سـل ـ ژل بـرای ساخت غشاهای نانو کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت. همه غشاها با اسـتفاده از روش تبخیر حلال آماده شدند. نسبت پلیمرها در غشاهای مـاتریس مخلـوط بـه میـزان ١٠٠%PAN،١٠0%PSF ، (95%PAN -5%PSF)، (90%PAN -10%PSF)،  (85%PAN -15%PSF)  در نظر گرفته شد. نانو ذره­ های آلومینیوم اکسید با درصـدهای وزنی 5/2، 10،5، ١٥, ٢٠ بر روی غشا قرار گرفت. برای بررسی غشا از آنالیزهای SEM و FT-IR استفاده شد. با افزودن نانوذره ­های آلومینیوم اکسید به غشا به میزان 10 درصد وزنی و اندازه گیری مقدار تراوش پذیری، دیده شد که میزان تراوش پذیری این غشا برای گازهای کربن دی اکسید ، اکسیژن، نیتروژن و متان به میزان به ترتیب % 146، % 159، % 166% و %54 نسبت به غشاهای بدون نانو ذره­ های آلومینیوم اکسید افزایش داشت. آزمایش ­ها نشان داد که مقدار بهینه افزودن آلومینیوم اکسید برای بهبود ویژگی­ های غشا مقدار  10 درصد وزنی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] صادقی، مرتضی؛ وفایی منش، علیرضا، "مقدمه­ای بر غشا و فرآیندهای غشایی"، انتشارات سپاهان، (١٣٨٨).

[2] Takht Ravanchi M., Kaghazchi T., Kargari A., Application of Membrane Separation Processes in Petrochemical Industry: A Review, Desalination, 235 (1): 199-244 (2009).

[3] Pandey P., Chauhan R.S., Membranes for Gas Separation, Prog. Polym. Sci., 26: 853–893 (2001).

[4] Bastani D., Esmeaili N., Asadollahn M., Polymeric Mixed Matrix Membrane Containing Zeolites as a Filler for Gas Separation Application: A Review, J. Ind.Eng. Chem., 19: 375-393 (2013).

[5] Koros W.J., Gas Separation Membranes: Needs for Combined Material Science and Processing approaches, Macromol. Sym., 188: 13–22 (2002).

[6] Cong H., Radosz M., Towler B.F., Shen Y., Polymer–Inorganic Nanocomposite Membranes for Gas Separation, Sep. Purif. Technol., 55: 281–291 (2007).

[7] Ozturk B.‚ Demirciyeva F.‚ Comparison of Biogas Upgrading Performance of Different Mixed Matrix MembranesChem. Eng. J.222: 201-217 (2013).

[8] Rafiq S., Man Z., Maulud A., Muhammad N., Maitra S., Separation of CO2 from CH4 Usingpolysulfone. Polyimide Silica Nanocomposite Membranes, Sep. Purif. Technol., 90 (27): 162-172 (2012).

[9] Dorosti F., Omidkhah M.R., Pedram M.Z., Moghadam F., Fabrication and Characterization of Polysulfone/Polyimide–Zeolite Mixed Matrix Membrane for Gas Separation, Chem. Eng. J.‚ 171: 1469-1476 (2011).

[10] Ahn J., Chung W.J., Pinnau I., Guiver M.D., Polysulfone/Silica Nanoparticle Mixed-Matrix Membranes for Gas Separation, J.Membr. Sci., 314: 123-133 (2008).

[11] Sadeghi M., Khanbabaei G., Dehaghani A.H.S., Sadeghi M., Aravand M.A., Akbarzade M., Khatti S., Gas Permeation Properties of Ethylene Vinyl Acetate–Silica Nanocomposite Membranes, J.Membr. Sci., 322: 423–428 (2008).

[12] Chieh F., Jung F., Hsieh Y., Wie S., Chao M., Chien C., Ying L., Shinjiang J., Novel Poly Vinyl Alcohol Nano Composites Containing Carbon Nano-Tubes with Fe3O4 Pendants for Alkaline Fuel Cell Applications, J.Membr. Sci., 444: 41-49 (2013).

[13] سنایی پور، حمیدرضا؛ عبادی عموقین، آبتین؛ مقدسی، عبدالرضا؛ کارگر، علی؛ قنبری، داود؛ شیخی مهرآبادی، زهرا؛ قائمی، مجتبی، مطالعه خواص جداسازی گاز در غشای آلیاژی پلیمر جدید ABS/PVAC، نشریه شیمی و مهندسیشیمیایران، (2)30: 43 تا 51 (1390).

[14] تکبیری، معصومه؛ محمدی، تورج؛ پاک، افشین، جداسازی ترکیب­های گوگردی از بنزین توسط فرایند تراوش تبخیری، نشریه شیمی و مهندسیشیمیایران، (1)31: 71 تا80 (1391).

[15] محمدی، مریم؛ مقدسی، عبدالرضا؛ حسینی، سید محسن، "ساخت و ارزیابی غشاهای پلیمری حاوی نانو ذرات اکسید روی به منظور جداسازی دی اکسید کربن از نیتروژن"، پایان نامه دانشگاه اراک، ایران، (1390).

[16] شیروانی، همت؛ صادقی، مرتضی، "بررسی خواص جداسازی گاز توسط غشای آلیاژ پلیمری پلی یورتان/ پلی وینیل الکل و اثر نانو ذرات سیلیکا بر فرآیند جداسازی"، پایان نامه دانشگاه صنعتی اصفهان، (1390).

[17] Madaeni S.S., Akbarzade Arbatan T., Preparation and Characterization of Microfiltration Membrane Embedded with Silver Nano-Particles, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 29: 105-111 (2010).

[18] Kim J., Bruggen B.V., The Use of Nano Particles in Polymeric and Ceramic Membrane Structures: Review of Manufacturing Procedures and Performance Improvement for Water Treatment, Environ.Pollu., 158:2335-2349 (2010).

[19] Momeni S.M., Pakizeh M., Preparation, Characterization and Gas Permeation Study of PSf/MgO Nanocomposite Membrane, Braz. J. Chem. Eng., 30: 589-597 (2013).

[20] بنده علی، سمانه؛ مقدسی، عبدالرضا؛ کارگری، علی؛ سنایی پور، حمید رضا، تاثیر نانو ذرات سیلیکا بر کارایی غشای پلیمری آلیاژی ABS/PVAc برای جداسازی هلیم از متان، نشریه علوم و مهندسی جداسازی، 6 (2): 1 تا 10 (1393).

[21] Zulhariun A.K., Ismail A.F., The role of Layered Silicate Loadings and Their Dispersion States on the Gas Separation Performance of Mixed Matrix Membrane, J.Membr. Sci., 468: 20-30 (2014).

[22] فلاح نژاد، زینب؛ باکری، عبدالرضا؛ رحیم نژاد، مصطفی، تصفیه پساب­های نفتی با استفاده از غشای نانوساختار الیاف تو خالی پلی اتر سولفون ، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)34: 73 تا 85 (1394).

[23] Sun H., Wang T., Xu Y., Gao W., Li P., Niu Q.J., Fabrication of Polyimide and Functionalized Multi-Walled Carbon Nanotubes Mixed Matrix Membrane by in-Situ Polymerization for CO2 Separartion, Sep. Purif. Technol., 177: 327-336 (2017).

[24] Ismail A.F., Lai P.Y., Development of Defect-Free Asymmetric Polysulfone Membranes for Gas Separation Usingresponse Surface Methodology, Sep. Sci.Technol, 40: 191–207 (2004).

[25] Semsarzadeh M.A., Ghalei B., Characterization  and  Gas Permeability of Polyurethane and Polyvinyl Acetate Blend Membranes  with  Polyethylene  Oxide–Polypropylene  Oxide Block Copolymer, J.Membr. Sci., 401- 402: 97-108 (2012).

[26] Maxwell C., “Treatise on Electricity and Magnetism”, Oxford University Press, London (1873).

[27] Sheikh M., Asghari M., Afshari M., Effect of Nano Zinc Oxide on Gas Permeation Through Mixed Matrix Poly (Amide-6-b-Ethylene Oxide) Based Membranes, Int. J. Nano Dimens., 8(1): 31-39 (2017).

[28] Dehghani Kiadehi A., Jahanshahi M., Rahimpour A., Ghoreishi A.A., Fabrication and Evaluation of Functionalized Nano-titanium Dioxide (F-Nano TiO2)/ Polysulfone (PSF) Nanocomposite Membranes for Gas Separation, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 4: 40-49 (2014).

[29] Xue L., Borodin O., Smith D., Modeling of Enhanced Penetrant Diffusion in Nanoparticle-Polymer Composite Membranes, J.Membr. Sci., 286: 293-300 (2006).

[30] Safaei P., Marjani A., Salimi M., Mixed Matrix Membranes Prepared from High Impact Polystyrene with Dispersed Ti O2 Nanoparticles for Gas Separation, J. Nanost., 6(1): 74-79 (2016).

[31] Suhaimi H.S.M., Khir M.N.I.M., Leo C.P., Ahmad A.L., Preparation and characterization of Polysulfone Mixed Matrix Membrane Incorporated with Palladium Nanoparticles Dispersed in Polyvinylpyrrolidone for Hydrogen Separation, J. Polym. Res., 21:428: 1-8 (2014).

[32] Mohaghehian M., Sadeghi M., Pourafshari Chenar M., Naghsh M., Gas Separation Properties of Polyvinylchloride (PVC)-Silica Nanocomposite Membrane, Korean J. Chem. Eng., 31(11): 2041-2050 (2014).

[33] Sadeghi M., Talakesh M.M., Ghalei B., Shafiei M., Preparation, Characterization and Gas Permeation Properties of a Polycaprolactone Based Polyurethane-Silica Nanocomposite Membrane, J.Membr. Sci., 427: 21-29 (2013).

[34] Isfahani A.P., Sadeghi M., Saeedi Dehaghani A.H., Aravand M.A., Enhancement of the Gas Separation Properties of Polyurethane Membrane by Epoxy Nanoparticles, J. Ind. Eng. Chem., 44: 67-72 (2016).

[35] Semsarzadeh M.A., Ghalei B., Preparation, Characterization and Gas Permeation Properties of Polyurethane-Silica/Polyvinyl Alcohol Mixed Matrix Membranes, J.Membr. Sci., 432: 115-125 (2013).

[36] Robeson L.M., Correlation of Separation Factor Versus Permeability for Polymeric Membranes, J.Membr. Sci., 62: 165-185 (1991).