عنوان پایان‌نامه
ساخت غشای پلیمری جهت جداسازی هیدروژن از مخلوط گازی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1529.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66221
- تاریخ دفاع
- ۰۴ آبان ۱۳۹۳
- دانشجو
- امیر دهقانی قمشانی
- استاد راهنما
- آزاده غائی, زهرا منصور پور
- چکیده
- در این پایان نامه ساخت غشای الیاف توخالی پلیمری برای جداسازی هیدروژن از متان مورد بررسی قرار گرفت. از پلی اتر سولفون (PES) به عنوان پلیمر پایه جهت ساخت غشا استفاده شد. از بین روش¬های مختلف بهبود خواص جداسازی غشاهای گازی، روش افزودن ماده معدنی به ماتریس پلیمری انتخاب شد. در این راستا از نانولوله¬های کربنی چند دیواره عاملی شده با گروه کربوکسیل (COOH) به عنوان فاز معدنی استفاده شد. پس از ساخت غشاهای الیاف توخالی پلیمری خالص و آمیخته با نانولوله¬های کربنی، ساختار آن¬ها به وسیله تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. دمای انتقال شیشه¬ای غشاها با استفاده از آزمون DSC اندازه گیری شد و در نهایت خواص جداسازی آن¬ها با استفاده از آزمون تراوایی گاز مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر SEM نشان داد که با افزایش نانولوله¬ها تا غلظت 1%، ماکروحفرات موجود در زیرلایه غشاها افزایش یافته ولی در غلظت 2% به دلیل افزایش گرانروی محلول پلیمری، ماکروحفرات کاهش یافته است. نتایج اندازه گیری دمای انتقال شیشه¬ای نشان داد که افزودن نانولوله¬ها به ماتریس پلیمری سبب افزایش دمای انتقال شیشه¬ای غشاهای حاصل می¬شود. این افزایش دمای انتقال شیشه¬ای را می¬توان به چسبندگی خوب دو فاز معدنی و پلیمری به یکدیگر نسبت داد. نتایج آزمون تراوایی گاز نشان داد که تأثیر افزودن نانولوله¬ها به ماتریس پلیمری غشا، در مورد گاز هیدروژن روند یکسانی نداشته ولی در مورد گاز متان با افزایش غلظت نانولوله، تراوایی غشا نسبت به متان نیز افزایش یافته است. به همین دلیل انتخاب¬گری غشا که متأثر از تراوایی هر دو گونه گازی مورد نظر است، روند ثابتی نداشته و با افزایش غلظت نانولوله تا مقدار 5/0% انتخاب¬گری نسبت به غشای خالص کاهش یافته است ولی پس از آن تا غلظت 1% انتخاب¬گری در حال افزایش بوده و پس از غلظت 1% دوباره انتخاب¬گری کاهش یافته است. بنابراین در غلظت 1% نانولوله، بهترین عملکرد برای غشای الیاف تو خالی هم از نظر تراوایی و هم از نظر انتخاب-گری بدست آمده است.
- Abstract
- In this MSc thesis, the fabrication of hollow fiber membranes for separation of hydrogen from methane was investigated. Polyethersulfone (PES) was used as base polymer. Among different methods for improving of the gas separation performance of polymeric membranes, addition of inorganic filler into polymeric matrix of membranes was selected. Reaching to this goal, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with COOH functional group were used. After fabrication of pure and mixed matrix hollow fiber membranes, the structure of them were investigated with scanning electron microscopy (SEM) images and their thermal properties were characterized by differential scanning calorimeter (DSC) and finally, their gas separation performances were determined by gas permeation test. SEM images showed that increasing of MWCNTs concentration in polymeric matrix of membranes to 1% lead to forming of macro-voids in sublayer of hollow fiber mixed matrix membranes but in 2% concentration of MWCNTs, because of increasing of polymeric solution viscosity, macro-void formation has been decreased. DSC results showed that by increasing of MWCNTs concentration in polymeric matrix of hollow fiber membranes, glass transition temperature (Tg) of them have been increased. This increment considers the good compatibility between inorganic and polymer phases. Gas permeation test results showed that the addition of MWCNTs in polymeric matrix of hollow fiber membranes has different effects on hydrogen permeance but the permeation of methane has been increased continuously. Therefore, the selectivity of mixed matrix hollow fiber membranes is variable in different concentration of MWCNTs. By addition of MWCNTs until 0.5%, selectivity of mixed matrix hollow fiber membranes are decreased in comparison to pure hollow fiber membranes but increasing of MWCNTs concentration to 1% leads to increment of selectivity and after that by addition of MWCNTs into polymeric matrix of hollow fiber membranes, selectivity decreased. Thus, in concentration of 1% of MWCNTs, the mixed matrix hollow fiber membranes showed the best gas separation performance both in permeance and selectivity.
