مطالعه و بررسی اثر ذرات زئولیت بر عملکرد جداسازی گاز با استفاده از غشای پلی یورتانی

استفاده از غشاها برای جداسازی و خالص سازی گازها، بخارات و مایعات فرایندی در مقایسه با دیگر فناوری های شناخته شده مانند جذب و تقطیر، فرایندی جذاب برای صنایع نفت، گاز و پتروشیمی است زیرا فناوری غشایی، کم هزینه، کم مصرف (از نظر انرژی) و دوست دار محیط زیست است. با این همه استفاده گسترده از غشاها به دلیل محدودیت و مشکل در تهیه غشاهایی با ترکیب مناسب از خواص انتخاب پذیری بالا و عبوردهی بالا، محدود شده است. در مواد پلیمری رایج در تهیه غشاها، با افزایش انتخاب پذیری، عبوردهی کاهش می یابد. نیاز به غشاهایی با مجموعه خواص مطلوب شامل شار عبوری بالا، انتخاب پذیری بالا و پایداری شیمیایی، مکانیکی و حرارتی مناسب، توسعه غشاهای زمینه مختلط را سبب شده است. در این پژوهش، یک گروه پلی-یورتان با قطعه سخت متشکل از تولوئن دی ایزوسیانات (tdi) و 1و4-بوتان دی آمین (bda) و قطعه ی نرم پلی پروپیلن گلایکول (ppg) با وزن مولکولی 2000 گرم بر مول سنتز شد. نسبت مولی پلی یورتان سنتز شده از دی ایزوسیانات:زنجیرگسترنده:پلی ال، 1:3:2 می باشد. به منظور بررسی اثر ذرات زئولیت بر خواص تراوایی پلی یورتان و بهبود آن، غشاهای زمینه مختلط چگال پلی یورتان/زئولیت به روش جدایش فازی گرمایی تهیه گردید و مورد ارزیابی تراوایی گازهای خالص نیتروژن، اکسیژن، متان و دی اکسیدکربن در دما و فشار ثابت 25 درجه سلسیوس و 10بار و همچنین در فشارها و دماهای مختلف قرار گرفتند به منظور مطالعه تاثیر نوع زئولیت بر عملکرد جداسازی گازی،تراوایی غشاهای پلی یورتان- زئولیتa3، a4 و 5zsm- بررسی شد.اثر ذرات بر ساختار و نحوه توزیع آن در غشاهای زمینه مختلط توسط آزمون های ftir و sem مورد بررسی قرار گرفت که نتایج بیانگر توزیع مناسب ذرات در بستر پلیمر بود. افزایش ذرات زئولیت (از 0 تا 24 درصد وزنی) در پلی یورتان منجر به افزایش تراوایی و گزینش پذیری برای هر سه نوع زئولیت موجود در غشاهای زمینه مختلط تهیه شده نسبت به غشای پلیمری خالص شد.به منظور هدفمند کردن آزمایشات و بهینه-سازی شرایط عملیاتی از نرم افزار آماری طراحی آزمایش6design expert و روش رویه پاسخ مرکب مرکزی استفاده شد. در این پروژه درصد وزنی زئولیت در محدوده %24-0 ، دما c450-25 و فشار bar10-2 انتخاب شدند. نتایج بدست آمده از ارزیابی غشاهای ساخته شده نشان دادند که عامل زئولیت موجود در غشا تاثیرگذارترین عامل بوده است؛ نتایج آزمایش ها نشان داد که با افزایش دما، تراوایی همه گازها روند افزایشی دارد که این روند کلی افزایش درمورد گازهای میعان پذیر با شدت بیشتری است و نیز با افزایش دما میزان انتخاب پذیری ها کاهش یافت. با افزایش فشار، گزینش پذیری اکثر غشاهای زمینه مختلط ساخته شده افزایش می یابد. نتایج حاصل از مقایسه مدل و داده های تجربی حاکی از آن است که مدل با دقت خوبی رفتار سیستم را پیش بینی می کند. استفاده از مدل تعریف شده و نرم افزار آماری نقطه بهینه بصورت غلظت زئولیت wt%18، دما c?30 و فشار bar8 بدست آمد. میزان پاسخی که نرم-افزار با استفاده از رابطه بدست آمده از مدلسازی رفتار فرآیند بدست آورده برای گزینش پذیری co2/ch4 برابر با 80364/5 ، برای گزینش پذیری co2/n2 برابر4522/22 و برای تراوایی دی اکسید کربن برابر 37/138 است.نتایج آزمون تراوایی گازها بیانگر این مطلب بود که غشاهای زمینه مختلط پلی یورتان- زئولیت a4 کارایی بیشتری در جداسازی گازهای مورد مطالعه دارد . حضورذرات زئولیت a4 در پلی یورتان، منجر به افزایش تراوایی دی اکسیدکربن و متان به ترتیب از 71/11 و 01/69 به 31/15 و 37/109 بارر و نیز افزایش گزینش پذیری co2/ch4 و co2/n2 به ترتیب از 89/5 و36/16 به 14/7 و 84/22شدند. بر اساس این نتایج و منحنی های رابسون، غشاهای زمینه مختلط حاوی ذرات زئولیت a4 و در 24 درصد وزنی بهترین گزینه برای جداسازی دی اکسیدکربن از متان و نیتروژن است.