ساخت و شناسایی غشای کامپوزیتی ماتریمید شبکه‌ای شده - پلی‌وینیلیدن فلوئورید برای جداسازی گاز هیدروژن از نیتروژن

در پژهش حاضر، غشای دولایه کامپوزیتی به روش پوشش ­دهی، به ­وسیله ماتریمید 5218 به­ عنوان لایه گزینشی بر غشای نامتقارن متخلخل پلی­ وینیلیدن فلوئورید به­ عنوان زیرلایه ساخته شد. اثر شبکه ­ای­ کردن شیمیایی ماتریمید به­ کمک اتیلن دی­ آمین بر خواص انتقال گاز خالص در غشا بررسی شد. آزمون تراوایی گازهای هیدروژن و نیتروژن در غشاهای مدنظر در دمای °25 و فشار 2 تا 8bar انجام شد. میکروسکوپی الکترونی پویشی برای مشاهدات شکل­ شناسی غشا به­ کار گرفته شد. غشای ماتریمید پیش و پس از شبکه­ ای­ شدن به ­وسیله طیف­ سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه، پراش پرتو X و اندازه­ گیری چگالی بررسی شد. نتایج طیف‌سنجی زیرقرمز نشان داد، در اثر شبکه ­ای­ شدن، گروه ­های ایمیدی زنجیرهای ماتریمید به گروه­ های آمیدی تبدیل می ­شوند. نتایج پراش پرتو X نشان داد، پس از شبکه‌ای­ شدن فاصله بین زنجیرهای پلیمر کاهش می ­یابد. به­ کمک اندازه­ گیری چگالی و محاسبه حجم آزاد جزئی لایه گزینشی غشاها نشان داده شد، در اثر واکنش شبکه­ ای­ شدن، چگالی افزایش و حجم آزاد جزئی کاهش می­ یابد. همچنین، با افزایش غلظت عامل شبکه ­ای­ کننده پلیمر، تراوایی گازها در غشا به مقدار قابل توجهی کاهش می­ یابد که می­ تواند ناشی از کاهش ضریب نفوذ گازها در اثر تراکم زنجیرهای پلیمر بوده و نشان داده شد، این کاهش تراوایی، برای نیتروژن بیشتر از هیدروژن است. بر اثر اصلاح غشا به­ کمک شبکه ­ای­ کردن، گزینش ­پذیری H2/N2 در فشار bar 2 از 56/5 برای غشای ماتریمید خالص به 79/4 برای غشای کامپوزیتی شبکه ­ای شده با %12 وزنی اتیلن دی ­آمین، افزایش یافت. اثر فشار بر تراوایی غشاها بررسی شد و نتیجه آن با کاهش تراوایی گازهای دارای انحلال­ پذیری کم در اثر ازدیاد فشار گاز در پلیمرهای شیشه‌ای مطابقت داشت. همچنین با افزایش فشار، گزینش ­پذیری H2/N2 برای غشاهای دارای مقادیر کم اتیلن دی ­آمین (%4-0) روند کاهشی دارد و سپس در مقدار %8 ثابت می شود. در نهایت، با افزایش اتیلن دی­ آمین به %12 وزنی گزینش­ پذیری تقریباً روند افزایشی دارد.