جداسازی گازها توسط غشای نانوکامپوزیت پلی ایمید

در پژوهش حاضر، جداسازی گازهای اکسیژن، نیتروژن، متان و دی اکسید کربن با استفاده از غشای پلی ایمید مورد بررسی قرار گرفته است. به همین منظور از مونومرهایی استفاده شد که تاکنون برای ساخت غشاهای جداسازی گازی استفاده نگردیده است. مونومرهای به کار رفته در انجام این پژوهش، 3،’3-4،’4 بنزوفنون تترا کربوکسیلیک دی انیدرید (btda)، 1و13 دی آمینو- 4،7و10 تری اکسا تری دکان( totd)، 4و9- دی اکسا- 1و12 دو دکان دی آمین (dodd)، 1و8 دی آمینو- 3و6 دی اکسا اکتان(doo) و 4و’4- دی آمینو دی فنیل اتر(oda) بودند. ساخت غشاها با استفاده از روش ایمید شدن گرمایی دو مرحله ای انجام شد. هدف کلی از انجام این پژوهش مقایسه دی آمین های اتری حلقوی و خطی و همچنین بهبود در ساختارهای پلیمرهای ساخته شده بود. در قسمت اول انجام پژوهش ساختارهای جدیدی از پلی ایمیدها ساخته شد و برای مقایسه ی روش های ساخت غشا، دو روش پلیمر شدن قطعه ای و تصادفی به کار برده شد. به طور کلی غشاهایی که با استفاده از روش پلیمر شدن تصادفی ساخته شدند خواص بهتری را نسبت به غشاهایی که با استفاده از پلیمر شدن قطعه ای ساخته شده بودند، داشتند. همچنین در این قسمت تاثیر دما و فشار نیز بررسی شد. در قسمت دوم انجام پژوهش غشای( btda-oda-dodd(80-20)(r)) که بهترین کارایی را داشت انتخاب و تاثیر حلال های مختلف دی متیل فرمامید (dmf)، متیل پیرولیدون (nmp)، دی متیل استامید (dmac) و دی متیل سولفوکساید(dmso) بر روی آن بررسی شد و سپس دو حلال dmac و dmso که بهترین کارایی را در جداسازی گازی داشتند برای بررسی تاثیر ترکیب کردن حلال ها انتخاب و خواص جداسازی گازی آنها اندازه گیری شد. در انتها نیز ساختار btda-oda-dodd(80-20)(r) با نسبت حجمی 3 به 1 dmacو dmso انتخاب و نانو ذرات سیلیکا و زئولیت به آن اضافه شد. هدف اصلی از انجام قسمت آخر مقایسه نانوذرات متخلخل و چگال و بررسی خواص جداسازی گازی آنها بود. از دو روش انحلال- مخلوطی و سل- ژل برای افزودن نانو ذرات استفاده شد. از روش سل- ژل برای افزودن سیلیکا و از روش انحلال – مخلوطی برای افزودن نانو ذرات زئولیت استفاده شد. با افزودن نانو ذرات تراوش پذیری کاهش و گزینش پذیری افزایش یافت. هر چقدر میزان نانو ذره افزایش یافت تراوش پذیری کاهش و گزینش پذیری افزایش یافت. غشاهای ساخته شده توسط آزمون-هایft-ir،sem ، dsc وtga مورد ارزیابی قرار گرفتند. از بین تمام غشاهای ساخته شده، غشای زمینه مختلط pi-ze (20%) بهترین کارایی را داشت که در مقایسه با غشای btda-oda که مبنای مقایسه این پژوهش بود، افزایش 70% تراوش پذیری دی اکسیدکربن و افزایش 91% را برای جداسازی دی اکسیدکربن/متان داشت که یک افزایش قابل توجه و چشم گیر می باشد. برای تمامی گازها ترتیب افزایش ضریب نفوذ به جز برای دی اکسیدکربن بر اساس قطر جنبشی مولکول ها( ch4 (3.80 °a) < n2 (3.64 °a) < co2 (3.30 °a) < o2 (3.46 °a) ) بود. حلالیت پذیری تمامی غشاها نیز بر اساس میعان پذیری آنها یعنی به ترتیب sco2 > sch4 > so2 > sn2 افزایش یافت.