جداسازی دی اکسید کربن از متان توسط غشای پلی یورتانی و نانوکامپوزیت پلی یورتان/سیلیکا

فناوری غشایی یکی از روش هایی است که در سال های اخیر به دلیل مصرف انرژی کمتر و اطمینان عملکردی بالاتر و همچنین نیاز به فضا و هزینه اولیه کمتر، از اهمیت ویژه ای برخوردار است و در این میان غشاهای پلیمری گزینش پذیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از کاربردهای مهم و رو به رشد این فرایند، جداسازی دی اکسیدکربن از گاز طبیعی می باشد. بر اساس پژوهش های صورت گرفته مشخص شد که پلیمرهای لاستیکی نظیر پلی یورتان ها در جداسازی گاز اسیدی دی اکسیدکربن از متان می توانند کارایی بالایی داشته باشند. در این پژوهش، یک گروه پلی یورتان با قطعه سخت متشکل از هگزامتیلن دی ایزوسیانات (hdi) و 1و4 بوتان دی ال (bdo) و قطعه های نرم متفاوت شامل پلی تترامتیلن گلایکول (ptmg)، پلی اتیلن گلایکول (peg) با وزن مولکولی 2000 گرم بر مول و نسبت هایی از ptmg:peg سنتز شدند. نسبت مولی همه پلی یورتان های سنتز شده از دی ایزوسیانات:زنجیرگسترنده:پلی ال، 1:2:3 می باشد. خواص فیزیکی پلی یورتان ها توسط آزمون های dsc، ft-ir و xrd مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از آزمون های xrd، dsc و ft-ir نشان داد که بلورینگی و جدایش فازی قطعه نرم و سخت، با افزایش مقدار peg در قطعه نرم، کاهش می یابد که ناشی از محدود شدن تحرک زنجیره به علت برهمکنش بیشتر قطعه های نرم و سخت می باشد. به منظور شناسایی و انتخاب بهترین ساختار پلی یورتان برای جداسازی دی اکسیدکربن از متان، غشاهای چگال از این پلیمرها به روش جدایش فازی گرمایی تهیه گردید و مورد ارزیابی تراوایی گازهای خالص نیتروژن، اکسیژن، متان و دی اکسیدکربن در فشارها و دماهای مختلف قرار گرفتند. نتایج تراوایی نشان می دهد که با افزایش مقدار گروه اتری در ساختار (مقدار peg در قطعه نرم)، تراوایی گازها کاهش و گزینش پذیری افزایش می یابد. همچنین با افزایش مقدار گروه اتری در ساختار، پلیمر در برابر افزایش فشار از خود رفتار شیشه ای نشان می دهد و با کاهش تراوایی در فشارهای بالاتر همراه می شود. تراوایی دی اکسیدکربن و متان از 52/132 و 24/16 در پلی یورتان حاوی نسبت 0 : 100 از ptmg:peg به 26/20 و 64/0 بارر در پلی یورتان حاوی نسبت 100 : 0 از ptmg:peg (به عنوان قطعه نرم) کاهش می یابد و در نتیجه گزینش پذیری co2/ch4 از 16/8 به 66/31 افزایش می یابد. پس از انتخاب پلیمر مناسب، به منظور بررسی اثر نانوذرات سیلیکا بر خواص تراوایی پلی یورتان و بهبود آن، نانوذرات سیلیکا به روش سل- ژل ساخته شد و غشاهای نانوکامپوزیتی پلی یورتان/سیلیکا بر پایه پلی یورتان هایی حاوی نسبت های 0 : 100، 75 : 25 و 100 : 0 از ptmg:peg تهیه شد. اثر نانوذرات بر ساختار و نحوه توزیع آن در پلی یورتان ها توسط آزمون های ft-ir و sem مورد بررسی قرار گرفت که نتایج بیانگر توزیع مناسب ذرات در بستر پلیمر بود. افزایش نانوذرات سیلیکا (از 0 تا 30 درصد وزنی) در پلی یورتان حاوی نسبت های 0 : 100 و 75 : 25 از ptmg:peg، منجر به کاهش تراوایی و افزایش گزینش پذیری co2/ch4 به ترتیب از 16/8 به 34/10 و 21/14 به 85/21 شدند. در حالی که نانوذرات سیلیکا در پلی یورتان حاوی نسبت 100 : 0 از ptmg:peg، منجر به افزایش تراوایی دی اکسیدکربن و متان به ترتیب از 26/20 و 64/0 به 10/50 و 81/1 بارر و کاهش گزینش پذیری co2/ch4 از 66/31 به 68/27 شدند. بر اساس این نتایج و منحنی های رابسون، پلی یورتان حاوی نسبت 100 : 0 از ptmg:peg بهترین گزینه برای جداسازی دی-اکسیدکربن از متان است.