عنوان پایان‌نامه
تولید واصلاح غشاء لوله ای شبه زئولیتی به منظور خالص سازی هیدروژن از مخلوط گازها
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1105.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 52116
- تاریخ دفاع
- ۲۶ بهمن ۱۳۹۰
- دانشجو
- زینب جباری مستحسن
- استاد راهنما
- شهره فاطمی
- چکیده
- در پروژه حاضر شرایط کیفی و کمی به منظور سنتز و لایه نشانی ریز ذرات SAPO-34 بر روی پایه های لوله ای سرامیک و استیل مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا درسنتز دانه ها به روش هیدروترمال و با هدف دستیابی به کوچکترین و یکنواخت ترین ذرات ، عوامل مختلف از جمله نوع و نسبت ماده قالب ساز ( تترا اتیل امونیوم هیدروکساید - مورفلین)، روش اختلاط مواد اولیه ( اختلاط توسط همزن- روش اولتراسونیک)، شرایط زمان دهی( دما و مدت) و شرایط تبلور( از نظر دما- زمان و نحوه اختلاط مواد در حین تبلور) مورد بررسی قرار گرفتند و بهترین پودر سنتز شده از نظراندازه و یکنواختی برای استفاده در آزمایش های دانه نشانی بر روی سطوح سرامیک و استیل انتخاب شد. در مرحله لایه نشانی بر روی سطح دو روش لایه نشانی مستقیم و لایه نشانی ثانویه هم زمان با روش های مختلف دانه نشانی از جمله غوطه وری، مالشی و EPD مورد مقایسه قرار گرفتند . نتایج آنالیز آماری نشان داد که روش های لایه نشانی ثانویه نسبت به روش مستقیم، جهت پوشش یکنواخت ، کاهش ضخامت لایه و کاهش ترک های سطح، ارجح است. از میان روش های دانه نشانی، روش مالشی کوچکترین و یکنواخت ترین اندازه ذرات را در روی سطح تشکیل داده است، اگرچه روش EPD نیز روش مناسبی جهت پوشش یکنواخت سطح می باشد. نتایج دانه نشانی ها در محدوده دمای تبلور k458 تا k488 و زمان های تبلور 12 تا 48 ساعت بررسی شد. در همه روش ها اندازه ذرات سطحی و ضخامت لایه متاثر از دما و زمان بوده است. به منظور رسیدن به فاز خالص و اندازه ریز و ضخامت یکنواخت در نهایت از روش دانه نشانی مالشی در دمای k 473 و زمان 24 ساعت به منظور تولید غشاء با روش لایه نشانی ثانویه استفاده شد. غشاء های لوله ای تولید شده برای جداسازی گازهای دو تایی هیدروژن- متان، هیدروژن- منواکسید کربن و متان- دی اکسید کربن در یک مدول غشایی مورد بررسی قرار گرفتند. آزمون های تراوایی انجام شد و گزینش گری و درصد خلوص گازهای خروجی ازبخش تراوش به کمک دستگاه گاز کروماتوگرافی اندازه گیری و محاسبه شدند. نتایج حاصل، نشان دهنده کارایی خوب غشاء های استیل و سرامیک در جداسازی گازهای مذکور بوده است. درصد خلوص هیدروژن و گزینش گری آن درمخلوط 50% حجمی هیدروژن- متان به ترتیب 2/84 و 4/28 به دست آمد. در مخلوط 50% حجمی هیدروژن- منو اکسید کربن بالاترین درصد خلوص هیدروژن و گزینش گری3/72و 8/6 تعیین گردید . جهت جداسازی دی اکسید کربن از متان از خوراک 50% حجمی این دو گاز بالاترین درصد خلوص دی اکسید کربن و گزینش گری به ترتیب 5/ 93 و 49 تعیین گردیدند.
- Abstract
- Synthesis of ultrafine seed particles of SAPO-34 and the layer formation on two kinds of tubular ?-Al2O3 and porous stainless steel supports have been studied qualitatively and quantitatively. This study has been focused on the operational conditions and synthesis parameters of sol-gel hydrothermal method. Synthesis parameters were firstly investigated for appropriately formation of the uniform and small size of SAPO-34 seeds. The type and combination of two organic structure direct agents (SDA), morpholine and tetra-ethyl ammonium hydroxide (TEAOH), method of mixing the raw materials (mixer or ultrasonic bath), gel aging time and crystallization conditions were investigated. The most uniform particles were employed as the seed in secondary growth layer formation process on the surface of substrates. Characterization of the products was carried out by XRD and SEM image analysis. Secondary growth layer formation with different seeding methods such as rubbing, dip coating and EPD (electrophoretic deposition) was investigated and the results were compared with in-situ layer formation of SAPO-34. Statistical analysis of the results showed that secondary growth crystallization reduced the defects and layer thickness, in addition more uniform layer formation was achieved against the in-situ layer formation. The most uniform and finest particles were achieved by using rubbing method in the seeding step. The effect of crystallization time and crystallization temperature were investigated and discussed in the range of (12 hr-48 hr) and (458 K- 488 K), respectively, on the particles size and layer thickness. Finally tubular membranes were prepared by secondary growth crystallization by using rubbing method at crystallization layer formation of 473 K and 24 hr to enhance the phase purity, decrease particles size and layer thickness. The prepared SAPO-34 membranes were tested for separation of binary gas mixtures of H2/CH4, H2/CO and CH4/CO2. For the equimolar feed mixture of H2/CH4 the selectivity and purity of H2 were determined 28.4 and 84.2%, respectively, at the permeate side. For the equal mixture of H2/CO, the highest separation selectivity and purity of H2 were observed 6.8 and 72.3% respectively and in CO2/CH4, the highest separation selectivity and purity of CO2 were determined 49 and 93.5%respectively, from the equimolar feed mixture.
