تهیه غشای ماتریس ترکیبی اتیلن وینیل استات-زئولیت 4A برای جداسازی گاز CO2/N2

سهم قابل توجهی از پژوهش‌های انجام شده در زمینه جداسازی گاز کربن دی‌اکسید (CO2)، به‌­عنوان مهم­‌ترین چالش در کنترل گازهای گلخانه‌ای، به توسعه غشاهای پلیمری جدید اختصاص یافته است. در این باره، غشاهای ماتریس ترکیبی (MMMs)، یعنی ترکیبی از ذرات جامد پراکنده شده در شبکه پیوسته پلیمر، به­‌عنوان راهکار مؤثری برای بهبود کارایی غشاهای پلیمری جداسازی گاز مطرح شده است. در این پژوهش، غشاهای ماتریس ترکیبی از کوپلیمر اتیلن وینیل استات (EVA) و زئولیت 4A به روش ریخته‌­گری محلولی-تبخیر حلال ساخته شد و عملکرد آن‌ها در جداسازی CO2 از نیتروژن (N2)، در فشارهای 8-3 بار و دماهای عملیاتی مختلف 50-25  درجه بررسی شد. شکل‌شناسی و ساختار این غشاها با آزمون­‌های میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، طیف­‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC)، گرماوزن­‌سنجی (TGA)، اندازه­‌گیری چگالی و تورم حلالی بررسی شد. نتایج تراوایی گاز با استفاده از روش آزمون حجم ثابت نشان ­داد، تراوایی هر دو گاز در غشا با وجود ذرات زئولیت در شبکه پلیمر، به­‌طور شایان توجهی افزایش می­‌یابد. محاسبه ضرایب نفوذ گازها در شبکه غشا نشان داد، افزایش ضریب نفوذ با افزایش محتوای زئولیت، سهم عمده را در افزایش تراوایی گازها داشته است. همچنین، گزینش­‌پذیری CO2­­/N­2 با افزودن ذرات زئولیت در غشا به دلیل بهبود گزینش­‌پذیری نفوذی ایده­‌آل (DCO2/DN2) افزایش یافته است. در حالت بهینه، تراوایی CO2 از Barrer 81/20 برای غشای خالص به 24/35Barrer برای غشای دارای 10 درصد وزنی زئولیت افزایش یافت و گزینش­‌پذیری ایده‌­آل CO2/N2 مرتبط با آن نیز 20% زیاد شد. افزون بر این، عملکرد غشاها با افزایش فشار بهبود پیدا کرد. همچنین، افزایش دما موجب افت گزینش‌­پذیری آن‌ها شد.