ساخت و بررسی خواص عبوری و انتخاب پذیری غشا نانو کامپوزیتی هیبرید معدنی- آلی بر پایه نانو کامپوزیت آلومینا سریا و پلی سولفون- آمید- ایمید برای جداسازی دی اکسید کربن از گاز متان

استفاده از غشاها برای جداسازی یک گاز مشخص از مخلوط گازها فرآیندی است که اخیرا متداول شده است. پیش بینی می شود که در سالهای آتی، مهمترین و بیشترین کاربرد غشا در جداسازی گاز باشد. یکی از این کاربردها، شیرین سازی گاز طبیعی است. در سال های اخیر بیشتر توجه محققین روی غشاهای هیبریدی بوده است. با استفاده از غشاهای هیبریدی می توان علاوه بر پوشش دادن معایب ساختارهای آلی و غیر آلی، از مزایای هر دو گروه در یک غشا بهره مند شد. به عبارت دیگر، غشاهای هیبریدی نسل جدیدی از غشاها هستند که با ترکیب مثبت خواص غشاهای آلی(انتخاب پذیری بالا) و غشاهای غیر آلی(عبوردهی و پایداری حرارتی، مکانیکی، شیمیایی بالا) در سالهای اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. در این تحقیق از غشاهای هیبریدی کامپوزیتی استفاده شده است. اصطلاح غشاهای کامپوزیتی عمدتا از دهه آخر قرن بیستم مطرح شد. غشاهای کامپوزیتی در حالت کلی از سه جزء اصلی تشکیل می‏شوند: سیستم متخلخل نگهدارنده، لایه‏های میانی و لایه‏های رویی. پس از ساخت غشا کامپوزیتی در نهایت باید لایه نازک پلیمری انتخاب پذیر را روی آن تشکیل دهیم. قدم اول در ساخت این نوع غشاها، ساخت سیستم نگهدارنده متخلخل می باشد، بدین منظور از سرامیک مهندسی اکسید آلومینیوم (آلومینا) به عنوان ماده اولیه استفاده شده است. در این تحقیق، از روش قالبریزی ژل آبی بر پایه مونومر آکریل‏آمید برای شکل‏دهی سیستم نگهدارنده متخلخل استفاده شده است و توجه خاصی بر تهیه مخلوط روان قابل ریخته‏گری شده است. سیستم نگهدارنده متخلخل تهیه شده دارای خواص فیزیکی- مکانیکی مناسبی می باشد. مقدار تخلخل باز آن بیش از 37 درصد حجمی بوده و چگالی توده قطعات تهیه شده به طور متوسط 322/2 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد. ریز ساختار قطعات کاملا یکنواخت بوده و عاری از هرگونه نقص و ترک است. سطح ویژه سیستم نگهدارنده متخلخل ساخته شده در این تحقیق، به طور متوسط، 418/2 متر مربع به ازای هر گرم است. توزیع اندازه حفره ها، در محدوده 100 تا 300 نانومتر است که توزیع گوسی، باریک و مطلوبی برای سیستم نگهدارنده متخلخل محسوب می شود. لایه‏های میانی غشاهای نانوکامپوزیتی به روش غوطه‏ورسازی و با استفاده از سوسپانسیون هایی با 10 درصد حجمی پودر سرامیکی، تهیه شدند. پایداری سوسپانسیون‏های سرامیک- پلیمر در مقیاس نانومتری در حالت آلومینا فاز زمینه و سریا فاز دوم بررسی شده، که اثر متغیرهای کلیدی روی معیارهای مختلف پایداری ارزیابی شده است. لایه‏های رویی غشاهای نانوکامپوزیتی به روش غوطه‏ورسازی تهیه شده‏اند. برای این منظور از سوسپانسیون‏های دو جزئی آلومینا- سریا استفاده شده که از نظر پایداری شرایط بهینه را دارا بودند و در نهایت لایه انتخابگر پلیمری از جنس پلی (سولفون-آمید-ایمید)، در دو حالت با استفاده از محلول پلیمری(محلول پلیمری پلی (سولفون-آمید-ایمید) در حلال n،n - دی متیل استامید (dmac)) و به روش غوطه ورسازی (محلول 8 و 16 درصد وزنی) ساخته شدند. جهت ارزیابی و تعیین ریز ساختار غشا و اندازه گیری میزان تراوش پذیری غشا از آزمایش تراوش گاز استفاده شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که لایه پلیمری کشیده شده روی سطح پایه سرامیکی نانو کامپوزیتی نسبت به گاز اسیدی دی اکسید کربن و نیتروژن انتخابگر بوده ولی در فشار بالاتر(5 بار)، انتخابگری مطلوبی از این غشا حاصل نشده است. همچنین با بررسی نتایج بدست آمده مشاهده می گردد که با افزایش فشار خوراک، تراوش پذیری کلیه گازها افزایش می یابد. دلیل این امر را می توان به این شکل شرح داد که با افزایش فشار خوراک، نیروی محرکه نفوذ مولکولهای گازی از داخل غشا افزایش می یابد در صورتی که مقاومت در برابر انتقال جرم ثابت باقی مانده است. این دو پدیده سبب افزایش شار انتقال جرم یا به عبارت دیگر تراوش پذیری غشا می شود و با افزایش دمای خوراک در فرایند غشایی جداسازی گاز، تراوش پذیری کلیه گازها افزایش می یابد.