ارتباط ساختار ـ تراوایی غشاهای کوپلیمر سیلوکسانی و نانو کامپوزیت آنها برای جداسازی هیدروکربن های سنگین از متان

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.