عنوان پایان‌نامه
ساخت غشاهای جداسازی گازی آمیخته ی جذبی با استفاده از مواد جاذب سطحی عامل دار شده
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1634.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70167
- تاریخ دفاع
- ۱۰ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمدجواد کوثر
- استاد راهنما
- حسین ابوالقاسمی, محمد علی آرون
- چکیده
- در این تحقیق هیبرید نانوورقه های گرافیتی عامل¬دار شده¬ی حاوی اکسید آهن (Fe3O4-F-GNP) از عامل¬دار کردن نانوورقه های گرافیتی (GNP) با اسید نیتریک (F-GNP) سنتز و در ساخت غشای آمیخته، به عنوان فاز پراکنده معدنی مورد استفاده قرار گرفتند. بدین منظور از پلی اترسولفون به عنوان ماتریس پلیمری، 1-متیل2-پیرولیدون (NMP) به عنوان حلال اصلی و از تتراهیدروفوران (THF) به عنوان حلال کمکی استفاده شد. نمونه¬های غشایی تخت نامتقارن به روش وارونگی فازی مرطوب تولید و در جداسازی گازهای CO2/CH4 مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمایش تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) نانوذرات GNP ، F-GNP و Fe3O4-F-GNP ساختار گرافیت، شکل نانوذرات و همچنین اتصال و پراکندگی نانوذرات اکسید آهن بر روی لایه¬های گرافیت را به خوبی نشان داد. نتایج FTIR نانوذرات Fe3O4-F-GNP وجود گروه¬های عاملی در اتصال اکسید آهن به گرافیت و صحت سنتز ذره را به خوبی نشان داد. نتایج XRD وجود پیک¬های مربوط به دو ناحیه لایه¬ای گرافیت و نانوذرات Fe3O4 را تأیید کرد. .به منظور اندازه¬گیری خواص ساختاری نانوورقه¬های گرافیتی عامل¬دار شده¬ی حاوی اکسید آهن (Fe3O4-F-GNP)، آزمایش¬ جذب (BET) با گاز نیتروژن صورت گرفت. در نتایج این آزمایش سطح ویژه، حجم تخلخل و ایزوترم Fe3O4-F-GNP به روش¬های مختلف محاسبه و سطح ویژه و حجم تخلخل آن به ترتیب در محدوده¬ی 50/ 34 تا 73/69 مترمربع بر گرم و 00125/0 تا 5399/0 میلی¬لیتر بر گرم به دست آمد. نمونه¬های غشایی ساخته شده نیز به وسیله تصاویر FESEM و آنالیز گرماسنجی افتراقی (DSC)، همچنین طیف¬سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز و آزمایش تراویی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایش تراوایی نشان داد که افزودن 1% از نانوذرات Fe3O4-F-GNP به ماتریس پلیمری سبب می¬شود که تراوایی گازهای CO2 و CH4 چندین برابر افزایش یابد. تصاویر FESEM پراکندگی خوب نانوذرات Fe3O4-F-GNP در ماتریس پلیمری را تایید کرد. نتایج FTIR غشا نیز برهمکنش بین پلیمر و نانوذرات را نشان داد. نتایج DSC نیز نشان داد که افزودن نانوذرات Fe3O4-F-GNP به ماتریس پلیمری پلی¬اترسولفون دمای انتقال شیشه¬ای پلیمر را از 218 به 236 درجه¬ی سانتیگراد افزایش می¬دهد .افزایش دمای انتقال شیشه¬ای را می¬توان به سخت¬تر شدن زنجیر¬های پلیمری پس از افزودن نانوذرات و یا لایه سخت پلیمری اطراف نانوذرات نسبت داد.
- Abstract
- In this research, functionalized graphite nanoplatelets (F-GNP) were synthesized and then hybridized by Fe3O4 to prepare Fe3O4-F-GNP nanoparticles. The synthesized nanoparticles were characterized by FESEM, XRD, BET and FTIR tests and were used as dispersed phase in mixed matrix gas separation membrane fabrication while. Polyethersulfone was used as polymer matrix, NMP as solvent and THF as co-solvent. The membrane samples were fabricated by phase inversion technique and characterized by FESEM, DSC, TGA, FTIR and gas permeation tests using pure CO2 and CH4 as test gases. FTIR results showed the existence of functional groups (>C=C, –OH, =CH– and –CH2) in Fe3O4-F-GNP nanoparticle structure and confirmed the hybridization process. FESEM results of GNP and F-GNP showed the graphite layer structure. Fe3O4-F-GNP FESEM results revealed that Fe3O4 Nanoparticles have spherical form and were adhesive to graphite layers well. XRD pattern of Fe3O4-F-GNP nanoparticle suggested the formation of two phases, cubic magnetite nanoparticles and the layered graphite structure of GNP. Crystal nature of magnetic nanoparticles was also found from XRD pattern of Fe3O4-F-GNP nanoparticles. BET test was performed by nitrogen gas adsorption to characterize surface properties of Fe3O4-F-GNP nanoparticle. Using different isotherm analysis approach, it was found that the surface area and porosity of Fe3O4-F-GNP are in range of 34.5 to 69.73(m2/gr) and 0.00125 to 0.537(cc/gr) respectively. Gas permeation test results revealed that addition of 1 wt. % Fe3O4-F-GNP to polymeric solution can increase both CO2 and CH4 permeances of mixed matrix membrane drastically and this phenomenon was attributed to layer structural property of Fe3O4-F-GNP. It was also revealed that CO2/CH4 selectivity of MMM containing 1 wt. % Fe3O4-F-GNP is less than that of neat polymeric membrane. It was attributed to more CO2- Fe3O4-F-GNP affinity caused likely by hydrogen binding. Morphological properties of PES/Fe3O4-F-GNP mixed matrix membrane was characterized by FESEM experiment. FESEM micrographs confirmed uniform distribution of Fe3O4-F-GNP nanoparticles in the polymeric matrix. FTIR result of MMM showed the disappearance of OH functional groups peak of the Fe3O4-F-GNP nanoparticles likely because of shading effect. DSC results revealed that glass transition temperature (Tg) of PES/ Fe3O4-F-GNP (1wt. %) MMM (236?C) is more than neat membrane (218 ?C). It can be related to the rigidified polymer chains around the particles or less mobility of mixed matrix chains (caused by well dispersed nanoparticles).
