ساخت، تعیین مشخصات و مطالعه خواص گاز تراوایی غشای متقارن نانو کامپوزیت ماتریمید - سیلیکا

پلیمرهای پلی ایمیدی (pi) با داشتن خصوصیاتی چون پایداری گرمایی و شیمیایی مناسب و گزینش پذیری بالا در جداسازی مخلوط های گازی، یکی از مناسب ترین مواد برای این جداسازی شناخته شده اند. پلیمر به کار برده شده در این پژوهش از گروه پلی ایمیدها با نام تجاری matrimid 5218 می باشد. دو نوع نانو ذره ی سیلیکای تجاری (fumed silica) اصلاح شده با عامل اکتیل سیلان و سیلیکای سنتز شده به روش سل- ژل با درصد حجمی های گوناگون (5، 10، 15 و 20 درصد) در پلیمر، نیز مورد استفاده قرار گرفتند. تغییرات ریخت شناسی و ساختار شبکه ی پلیمر (تغییر فاصله ی زنجیره های پلیمر) در اثر توزیع نانوذرات سیلیکا، توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) بررسی شد. میزان حلال باقیمانده در شبکه ی پلیمر و تغییرات حرارتی با استفاده از ارزیابی وزن سنجی حرارتی (tga) بررسی شده است. ویژگی های عملیاتی غشاها در جداسازی گاز (تراوش پذیری و گزینش پذیری) با گازهای خالص متان، دی اکسیدکربن، اکسیژن و نیتروژن نیز مورد بررسی قرار گرفت. در حالتی که از سیلیکای تجاری استفاده شد، با افزایش درصد نانوذرات، تراوش پذیری دی اکسیدکربن افزایش و تراوش پذیری سایر گازها اندکی کاهش یافت. روند تغییرات تراوش پذیری گازها و گزینش پذیری زوج گازهای یاد شده در حالتی که از سیلیکای سنتز شده به روش سل-ژل استفاده شد، مشابه تغییرات این دو عامل در نمونه غشاهای ساخته شده با استفاده از سیلیکای تجاری به دست آمد. به عنوان مثال، به ازای 20% حجمی نانوذره در روش سل-ژل، تراوش پذیری دی اکسیدکربن و گزینش-پذیری دی اکسیدکربن به متان به ترتیب 114% و 360% نسبت به غشای پلیمری خالص افزایش یافت. در حالتی که از سیلیکای تجاری استفاده شد، تراوش پذیری دی اکسیدکربن و گزینش پذیری دی اکسیدکربن به متان به ترتیب 128% و 25% افزایش یافت. در هر دو روش، برای تمامی گازها ترتیب افزایش ضریب نفوذ، به جز برای دی اکسیدکربن، بر اساس قطر جنبشی مولکول ها do2> d co2 > dn2 > dch4 بود. حلالیت اجزای گازی برای تمامی غشاهای ساخته شده نیز، بر اساس میعان پذیری آنها یعنی به ترتیب sco2 > sch4 > so2 > sn2 افزایش یافت. در نهایت با مقایسه ی این دو روش با ثابت بودن درصد نانوذرات، عملکرد جداسازی غشاهای ساخته شده با استفاده از سیلیکای سل-ژل بهتر بود.