گاز طبیعی خروجی از چاه را به دلیل ناخالصی های موجود نمی توان مستقیما به خطوط لوله انتقال گاز شهری ارسال نمود. پروپان، بوتان و هیدروکربن های سنگین تر، به منظور کنترل گرمای احتراق و نقطه شبنم گاز شهری و همچنین ارزش اقتصادی این هیدروکربن ها، باید از گاز طبیعی جدا گردند. گزینه اصلی برای تهیه غشای پلیمری با هدف جداسازی انتخابی هیدروکربن های سنگین تر از متان، پلیمر لاستیکی پلی(دی متیل سیلوکسان)(pdms) بوده است ولی نرمی زیاد این پلیمر موجب تغییر خواص عبوردهی غشاهای تهیه شده با تغییر دما و فشار وگذشت زمان می گردد. در این پژوهش با هدف بهبود خواص غشایی پلی (دی متیل سیلوکسان) از طریق افزایش دمای انتقال شیشه ای، غشاهای کوپلیمرسیلوکسانی دارای گروه های عاملی صلب تر به جای برخی از گروه های متیل تهیه و جداسازی هیدروکربن های سنگین از متان در این غشاها بررسی شد. گاز بوتان به عنوان شاخص هیدروکربن های سنگین انتخاب شد و خواص تراوایی غشاهای تهیه شده در برابر گازهای خالص متان و بوتان و همچنین مخلوط این دو گاز با مقادیر 3 تا 6 درصد مولی بوتان بررسی شد. ترکیبات سیلوکسانی مورد استفاده شامل پلی (دی متیل سیلوکسان)، کوپلیمر (25/3%) دی فنیل سیلوکسان – دی متیل سیلوکسان، کوپلیمر (16%) دی فنیل سیلوکسان – دی متیل سیلوکسان و کوپلیمر (40%) تری فلوروپروپیل متیل سیلوکسان – دی متیل سیلوکسان بود. آمیخته کوپلیمری (6/9%) دی فنیل سیلوکسان – دی متیل سیلوکسان نیز که از اختلاط کوپلیمر های (25/3%) دی فنیل و (16%) دی فنیل به نسبت مساوی تهیه شد، در این پژوهش بررسی گردید. برای نمونه های تهیه شده، تغییر ضرایب تراوایی، حلالیت و نفوذپذیری با تغییر فشار، دما و غلظت گازهای متان و بوتان مورد بررسی قرار گرفت. افزون بر آن، به منظور بررسی اثر نانوذرات سیلیکا بر خواص تراوایی ترکیبات سیلوکسانی، غشاهای نانوکامپوزیتی پلی (دی متیل سیلوکسان) با سیلیکای دودی و غشاهای نانوکامپوزیتی کوپلیمر (9.6%) دی فنیل سیلوکسان – دی متیل سیلوکسان با سیلیکای دودی نیز تهیه شد و تغییر ضرایب تراوایی، حلالیت و نفوذپذیری این غشاها با تغییر فشار در برابر گازهای خالص و مخلوط متان و بوتان بررسی شد. ارتباط خوبی بین خواص تراوایی با دمای انتقال شیشه ای در کوپلیمرهای شامل گروه های دی فنیل و تری فلوروپروپیل متیل وجود داشت. به طوری که با افزایش دمای انتقال شیشه ای کوپلیمر، ضرایب تراوایی، نفوذ و حلالیت برای هر دو گاز متان و بوتان کاهش، ولی گزینش پذیری بوتان بر متان افزایش یافت. غشای نانوکامپوزیتی pdms دارای 11% سیلیکا، در مقایسه با غشای pdms، هم تراوایی بالاتری برای بوتان و هم گزینش پذیری بالاتری برای بوتان نسبت به متان نشان داد. گزینش پذیری بوتان نسبت به متان در این غشا در آزمون مخلوط گازها حدود 30% بالاتر از گزینش پذیری غشای pdms و تراوایی بوتان در آن بیش از 38% بالاتر از تراوایی بوتان در غشای pdms بود. غشای نانوکامپوزیتی تهیه شده از آمیخته کوپلیمری (9.6%) دی فنیل سیلوکسان – دی متیل سیلوکسان با 8 درصد وزنی از سیلیکای دودی، بالاترین گزینش پذیری برای بوتان نسبت به متان را نشان داد. گزینش پذیری این غشا برای بوتان نسبت به متان در آزمون تراوایی مخلوط گازها بیش از 42 درصد افزایش نسبت به غشای pdms نشان داد. البته تراوایی بوتان در این غشای نانوکامپوزیتی در همان شرایط حدود 44 درصد کمتر از تراوایی بوتان در pdms بود.

این پژوهش شامل تهیه و مشخصه یابی غشا پلی یورتان، غشاهای آلیاژی پلی یورتان/پلی(اتر بلوک آمید) و همچنین غشاهای نانو کامپوزیت پلی یورتان/ پلی(اتر بلوک آمید)/سیلیکا به منظور بررسی خواص جداسازی گاز می باشد. پلی یورتان توسط روش پلیمریزاسیون دو مرحله ای از مواد اولیه ایزوفورن دی ایزوسیانات (ipdi)، پلی تترامتیلن گلایکول (ptmg) با وزن مولکولی 2000 گرم بر مول ، 4،1-بوتان دی آمین (bda) و 1،4- بوتان دی ال(bdo) در نسبت مولی از دی ایزوسیانات:زنجیرگسترنده:پلی ال، 1:2:3 به منظور بدست آوردن ساختار مولکولی مورد نظر تهیه شد. یک گروه از پلی(اتر بلوک آمید) mv3000 و mh1657 به منظور تهیه غشاهای آلیاژی پلی یورتان/پلی(اتر بلوک آمید) انتخاب شدند. اثر ترکیب درصد آلیاژ و درصد وزنی نانو ذرات سیلیکا بر خواص تراوایی گازهای نیتروژن، اکسیژن، متان و دی اکسیدکربن مورد بررسی قرار گرفت. همه غشاها توسط روش جدایش فازی گرمایی تهیه شدند. به منظور بررسی اثر ترکیب درصد پلی(اتر بلوک آمید) بر خواص جداسازی گاز غشاهای آلیاژی پلی-یورتان/پلی(اتر بلوک آمید)، غشاهای آلیاژی در ترکیب درصدهای متفاوت از پلی(اتر بلوک آمید) تهیه شدند و مورد ارزیابی قرار گرفت. خواص فیزیکی و شیمیایی غشاهای آلیاژی تهیه شده توسط آزمون های ft-ir، xrd و sem مورد بررسی قرار گرفت. نتایج طیف سنجی ft-ir غشاهای آلیاژی تهیه شده نشان می دهد که با ورود پلی(اتر بلوک آمید) به بستر پلی یورتان، جدایش فازی موجود بین قطعه سخت و نرم کاهش می یابدکه ناشی از ایجاد پیوند هیدروژنی بین گروه oh پلی(اتر بلوک آمید) و گروه n-h موجود درقطعه سخت پلی یورتان می باشد. نتایج بدست آمده از آزمون پراش پرتو ایکس نشان می دهد که با افزایش پلی(اتر بلوک آمید) ارتفاع قله مربوط به نواحی بلوری در نمونه ها افزایش می یابد. تصاویر sem تهیه شده نشان می دهد که آلیاژهای پلی-یورتان/پلی(اتر بلوک آمید)، آلیاژهای امتزاج ناپذیر سازگار بوده که با افزایش مقدار پلی(اتر بلوک آمید) همگنی نمونه ها افزایش می یابد. نتایج عبور گازها نشان می دهد که با افزایش مقدار پلی(اتر بلوک آمید) در غشاهای آلیاژی، تراوایی گازها کاهش و گزینش پذیری افزایش می یابد. پس از انتخاب غشا آلیاژی مناسب، به منظور بررسی اثر نانوذرات سیلیکا بر خواص تراوایی غشاهای آلیاژی، نانوذرات سیلیکا به روش سل- ژل ساخته شد و غشاهای نانوکامپوزیتی پلی یورتان/پلی(اتر بلوک آمید)/سیلیکا بر پایه غشاهای آلیاژی حاوی نسبت 40 : 60 از پلی یورتان:پلی(اتر بلوک آمید) تهیه شد و مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمون های ft-ir و sem بیانگر توزیع مناسب نانو ذرات در بستر آلیاژها بود. نتایج آزمون xrd نشان داد که با افزایش مقدار نانو ذرات در غشاهای نانوکامپوزیتی از میزان بلورینگی نمونه ها کاسته می شود. افزایش نانو ذرات (از 5/2 تا 20 درصد وزنی) در غشاهای آلیاژی منجر به کاهش تراوایی گازها و افزایش گزینش پذیری شد.

جداسازی دی اکسیدکربن از متان در گاز طبیعی به منظور شیرین سازی گاز طبیعی انجام می شود. در این پژوهش، غشاهای بسترآمیخته با استفاده از پلیمر pebax و نانوزئولیت x به روش ریخته گری محلول پلیمری ساخته شده اند. غشاهای ساخته شده با به کارگیری آزمون های sem، xrd، ftir، afm و آزمایش های تراوایی گاز مورد ارزیابی قرار گرفتند. آزمون sem پیوندی پذیرفتنی میان نانوذره های پرکن و بستر پلیمری، و همچنین توزیع مناسب ذرات را تا بارگذاری %20 نشان داد. اثر پارامترهای فشار بالادستی و میزان بارگذاری نانوذرات بر روی عملکرد غشا با استفاده از آزمون های تراوایی گازهای خالص و مخلوط دوتایی co2 و ch4 مورد بررسی قرار گرفته است. فشار گازهای خالص از 2 تا 14 بار افزایش داده شده است. با افزودن نانوذرات زئولیتی، بهترین گزینش پذیری برای غشاهای pebax/nax در فشار 14 بار با بارگذاری %20 برابر با گزینش پذیری نمونه های pebax/nax/peg در فشار 8 بار با بارگذاری %10 زئولیت و %30 peg؛ یعنی، برابر با 88/44 به دست آمد. همچنین آزمایش های مخلوط گازی کاهش در تراوایی و گزینش پذیری را به دلیل پلاستیکی شدن غشاها نشان دادند. در پایان، عملکرد این غشاها با افزودن نانوزئولیت و peg بر اساس نمودار رابسون در زمره غشاهای با قابلیت صنعتی شدن برای شیرین سازی گاز طبیعی دارند.

در این پژوهش از تکنولوژی غشائی جهت شیرین سازی گاز طبیعی استفاده شده است. با حل کردن پلیمر ماتریمید 5218 در حلال کلروفرم و به روش قالب گیری از محلول غشاءهای ماتریمیدی خالص با ضخامت تقریبی 30 میکرومتر ساخته شد. تراوایی گازهای خالص دی اکسید کربن و متان از آنها بوسیله ی واحد غشائی جداسازی گاز مورد بررسی قرار گرفت. جهت افزایش تراوایی غشاءهای ماتریمیدی خالص، ماتریمید 5218 با برم دار شدن اصلاح شد. با ترکیب پلیمرهای اصلاح شده و تجاری غشاءهای ترکیبی ساخته شد. نتایج تراوایی گازهای خالص، افزایش تراوایی و کاهش انتخاب پذیری ایده آل (دی اکسید کربن به متان) غشاءهای ترکیبی نسبت به غشاءهای ماتریمیدی خالص را نشان داد. برای جلوگیری کردن از پدیده ی پلاستیزاسیون که تراوایی متان از غشاءها را افزایش داده و انتخاب پذیری آنها را کاهش می دهد، غشاءهای ماتریمیدی حاوی اتصالات عرضی تهیه گردید. نتایج تراوایی گازهای خالص، کاهش تراوایی و کاهش انتخاب پذیری ایده آل غشاءهای ماتریمیدی حاوی اتصالات عرضی نسبت به غشاءهای ماتریمیدی خالص را نشان داد. نانو و میکرو ذراتی (نانو ذرات شامل سیلیکا و میکرو ذرات شامل سیلیکا دی 300، سپیولایت، غربال مولکولی کربنی و زئولیت 13 ایکس) به عنوان پرکننده مورد استفاده قرار گرفته شد. با اضافه کردن ذرات نام برده به محلول پلیمری 3/2% وزنی، غشاءهای ماتریمیدی ماتریس آمیخته ساخته شد. تاثیر انواع و مقادیر مختلف پرکننده ها بر روی تراوایی و انتخاب پذیری ایده آل غشاءهای ماتریمیدی ماتریس آمیخته بررسی شد. تراوایی و انتخاب پذیری ایده آل برخی از غشاءهای ماتریمیدی ماتریس آمیخته نسبت به غشاءهای ماتریمیدی خالص افزایش یافت. با تصاویر میکروسکوپ الکترونیکی روبشی و میکروسکوپ نیرویی اتمی از سطح غشاءهای ماتریمیدی ماتریس آمیخته، پخش شدن قابل قبول پرکننده ها و عدم تجمع آنها بررسی شد. با آنالیز طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز گروه های آمیدی در غشاءهای ماتریمیدی حاوی اتصالات عرضی و پیوند کربن با برم در پلیمر ماتریمید برمینه شده مورد بررسی قرار گرفت. آنالیز تجزیه وزنی گرمایی نشان داد: در مقایسه با غشاءهای ماتریمیدی خالص، مقاومت حرارتی غشاءهای ماتریمیدی ماتریس آمیخته و غشاءهای ماتریمیدی حاوی اتصالات عرضی افزایش و مقاومت حرارتی پلیمر ماتریمید برمینه شده کاهش یافت. علاوه بر این در مقایسه با غشاءهای ماتریمیدی خالص، دمای تجزیه غشاءهای ماتریمیدی ماتریس آمیخته افزایش و غشاءهای ماتریمیدی حاوی اتصالات عرضی و ماتریمید برمینه شده کاهش یافت. آنالیز گرماسنجی روبشی تفاضلی نیز نشان داد: در مقایسه با غشاءهای ماتریمیدی خالص، دمای گذار شیشه ای غشاءهای ماتریمیدی ماتریس آمیخته و پلیمر ماتریمید برمینه شده افزایش یافت. آنالیز مقاومت کششی غشاءهای ماتریمیدی خالص، غشاءهای ماتریمیدی ماتریس آمیخته و غشاءهای ماتریمیدی حاوی اتصالات عرضی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد: در مقایسه با غشاءهای ماتریمیدی خالص، مقاومت کششی غشاءهای ماتریمیدی حاوی اتصالات عرضی کاهش اما مقاومت کششی غشاءهای ماتریمیدی ماتریس آمیخته افزایش یافت.