جداسازی گازها توسط غشای نانوکامپوزیت پلیمری

در پژوهش حاضر، جداسازی گازهای اکسیژن، نیتروژن، متان و دی اکسید کربن با استفاده از غشای نانوکامپوزیت پلی وینیل-کلراید/سیلیکا مورد بررسی قرار گرفت. نانوذرات سیلیکا توسط روش سل- ژل و غشاهای پلی وینیل کلراید/سیلیکا توسط روش وارونگی فازی حرارتی تهیه گردیدند. غشاهای نانوکامپوزیت ساخته شده توسط آزمون های ftir، sem، dsc و tga مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج آزمون های مشخصه یابی، بیانگر این موضوع هستند که نانوذرات سیلیکای سنتز شده به روش سل- ژل، سازگاری خوبی با پلیمر پلی وینیل کلراید دارند و به طور یکنواخت در غشا توزیع شده اند. همچنین وجود نانوذرات باعث بهبود خواص گرمایی و همچنین بالاتر رفتن دمای انتقال شیشه ای در غشاهای نانوکامپوزیت گردید. عملکرد غشاهای تهیه شده در جداسازی گازهای نامبرده در فشار barg 10 و دمای ? 25 مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می دهند که با حضور نانوذرات سیلیکا در ساختار پلی وینیل کلراید تراوایی گازها در غشا افزایش می یابد و تراوایی گازهای دی اکسیدکربن، اکسیژن، نیتروژن و متان از مقادیر 1050/0، 0230/0، 0066/0 و 0050/0 بارر در پلیمر خالص pvc به ترتیب به 1908/0،0480/0، 0105/0 و0070/0 بارر در غشا کامپوزیتی پلی وینیل کلراید/سیلیکا شامل 30 درصد وزنی سیلیکا افزایش می یابد که به ترتیب مقادیر82%، 108%، 59% و 40% رشد داشته اند. همچنین با ورود نانوذرات سیلیکا به بستر پلی وینیل کلراید، عملکرد جداسازی دی اکسیدکربن از متان، دی اکسیدکربن از نیتروژن در غشاهای حاصل به مقدار زیادی بهبود یافته است. بیشترین مقدار گزینش پذیری دی اکسیدکربن به متان 7/27 و در غشا 15% وزنی سیلیکا و بیشترین مقدار گزینش پذیری دی اکسیدکربن به نیتروژن و اکسیژن به نیتروژن به ترتیب 2/18 و 6/4 و در غشای 30 درصد وزنی سیلیکا اندازه گیری شده است. نظر به اینکه حلال ها خواص شیمیایی و فیزیکی گوناگون دارند، می توانند برهم کنش های داخلی با شبکه ی پلیمر داشته باشند و موجب تغییراتی در فرآیند وارونگی فازی برای ساخت غشا شوند. بنابراین غشاهای ساخته شده با حلال های مختلف ممکن است دارای مورفولوژی گوناگون و همچنین کارایی های متفاوتی برای فرآیندهای جداسازی گازی باشند. در این پژوهش به منظور بررسی اثر حلال غشاهای پلی وینیل کلراید با استفاده از حلال های thf، dmf، dmac و nmp با روش وارونگی فازی خشک ساخته شدند، همچنین برای بررسی اثر جرم مولکولی پلیمر از پلیمرpvc با مقادیر kvalue، 61 و67 استفاده گردید. برای بررسی دقیق اثر حلال و جرم مولکولی پلیمر، غشاهای پلی وینیل کلراید خالص، توسط آزمون های sem، xrd، ftir، dsc و tga مورد ارزیابی قرار گرفتند. طیف انتقال فوریه مادون قرمز در کلیه غشاها از نظر پیک های مربوطه با یکدیگر یکسان می باشند که دلیلی برای انجام نگرفتن هیچ گونه پیوند شیمیایی بین پلیمر و حلال می باشد. با افزایش جرم مولکولی (یا همان مقدار kvalue ) دمای انتقال شیشه ای افزایش می یابد، که به دلیل طولانی تر شدن زنجیره ها و کمتر شدن تحرک آنها می باشد. استفاده از حلال های متفاوت برای ساخت غشا موجب اثراتی بر دمای انتقال شیشه ای و همچنین به وجود آمدن خواص حرارتی متفاوت در غشاهای pvc شدند. نمونه غشا pvc-thf بیشترین و نمونه غشای pvc-nmp کمترین پایداری حرارتی را دارا می باشند. غشای pvc-thf بیشترین مقادیر گزینش پذیری های ایده آل برای دی-اکسیدکربن به متان، دی اکسیدکربن به نیتروژن و اکسیژن به نیتروژن را به ترتیب با مقادیر 5/30، 4/25 و 7/4 دارا می باشد.