سنتز نانو کریستال چارچوب آلی-فلزی 5 (mof-5) و به کارگیری آن در ساخت غشای نانو کامپوزیت mof-5 و پلی اتر ایمید (mof-5/pei) و مطالعه خواص گاز تراوایی آن

در این پروژه، به منظور ساخت غشاهای زمینه مختلط، از چارچوب های آلی-فلزی (mof-5) به عنوان پرکن در فاز پلیمری استفاده شده است. به همین منظور ابتدا نانو کریستال های mof-5 مکعبی (c-mof-5) و چهاروجهی (t-mof-5) به ترتیب به روش نفوذ و اختلاط مستقیم سنتز شده اند. سپس هر دو نمونه به کمک ارزیابی های xrd،tga ، ftir، dls و psd تعیین مشخصات شده اند. به منظور اثر افزودن نانو کریستال های c-mof-5 و t-mof-5، به درون غشای پلی اترایمید خالص، غشاهای نانوکامپوزیت pei/ c-mof-5 و pei/t-mof-5 با درصد های وزنی 0، 5، 15 و 25 درصد ساخته و با ارزیابی های ftir و sem تعیین مشخصات شده اند که نتایج بیانگر توزیع مناسب در بستر پلیمر می باشد. به منظور بررسی اثر افزودن درصد های مختلف نانوکریستال های mof-5 مکعبی و چهاروجهی، خواص گاز تراوایی و عملکرد جداسازی گازهای هیدروژن، دی اکسید کربن، متان و نیتروژن توسط واحد آزمایشگاهی آزمون تراوایی گازهای خالص در فشار مطلق 7 بار و دمای °c 25 مورد مطالعه قرار گرفت و با غشای پلیمری پلی اترایمید خالص مقایسه شدند. همچنین ضریب نفوذ گازهای دی اکسید کربن، متان و نیتروژن به کمک روش زمان-تاخیر محاسبه شدند. نتایج بدست آمده برای نمونه های mof-5 نشان داد که نمونه چهاروجهی نسبت به نمونه مکعبی دارای سطح کمتر، تخلخل کمتر، اندازه حفرات کوچک تر، مقدار بنزن و co2 (لیگاند) کمتر و مقدار کریستال zno (خوشه) بیشتر می باشد. متوسط اندازه حفرات بدست آمده در ساختار mof-5 مکعبی و چهاروجهی به ترتیب 67/8 و? 3/6 بدست آمده است. در این پروژه، هدف اصلی بررسی عملکرد جداسازی co2/ch4، h 2/co2 وh2/ch 4 غشاها می باشد. افزودن mof-5 مکعبی به پلی اتر ایمید، منجر به افزایش بیشتر تراوایی گاز دی اکسیدکربن نسبت به بقیه گازها شده است. این در حالی است که افزودن mof-5 چهاروجهی به پلی اتر ایمید، تراوایی دی اکسیدکربن را به مقدار کمتری افزایش خواهد داد. به طوری که با افزایش درصد c-mof-5 از 5 تا 25 درصد میزان انتخابگری برای co2/ch4 از 17/19 به 43/23 و میزان تراوش پذیری co2 از 1/0 ± 3/2 بارر به 2/0 ± 39/5 بارر افزایش پیدا کرد. همچنین با افزایش درصد t-mof-5 از 5 تا 25 درصد میزان انتخابگری برای co2/ch4 از 18 به 57/22 و میزان تراوش پذیری co2 از 1/0 ± 89/1 بارر به 3/0 ± 98/2 بارر افزایش یافته است. همچنین با افزایش درصد t-mof-5 از 5 تا 25 درصد میزان انتخابگری برای h-2/co2 از 99/6 به 45/8 و میزان تراوش پذیری h 2از 2/1 ± 22/13 به 3/1 ± 17/25 افزایش پیدا کرد. این در حالیست که، با افزایش درصد c-mof-5 از 5 تا 25 درصد میزان انتخابگری برای h 2/co2 از 13/6 به 25/5 کاهش یافته و میزان تراوش پذیری h 2 از 5/1 ± 09/14 بارر به 1/1 ± 32/28 بارر افزایش پیدا کرد. در مورد h2/ch 4 هم می توان گفت، با افزایش درصد t-mof-5 از 5 تا 25 درصد میزان انتخابگری برای h2/ch 4 از 9/125 به 02/208 و میزان تراوش پذیری h 2نیز /1 ± 09/14 به 1/1 ± 32/28 افزایش پیدا کرد. این در شرایطی است که با افزایش درصد c-mof-5 از 5 تا 25 درصد میزان انتخابگری برای h2/ch 4 از 42/117 به 13/123 و میزان تراوش پذیری h 2 نیز از 5/1 ± 09/14 به 1/1 ± 32/28 افزایش پیدا کرد. مقایسه نتایج تراوش پذیری-انتخاب پذیری بدست آمده با منحنی های سال 1991 و 2008 رابسون نشان داد که استفاده از نمونه mof-5 مکعبی نسبت به mof-5 چهاروجهی در پلی اتر ایمید در دما و فشار عملیاتی این پژوهش، راندمان جداسازی co2/ch4 را افزایش خواهد داد و باعث نزدیک شدن به منحنی رابسون 1991 شده است. همچنین با مقایسه داده های تراوش پذیری گاز هیدروژن در مقابل انتخاب پذیری این گاز نسبت به دی اکسیدکربن و متان با منحنی 1991 و 2008 رابسون مشخص شد که استفاده از نمونه mof-5 مکعبی نسبت به mof-5 چهاروجهی در پلی اتر ایمید در دما و فشار عملیاتی این پژوهش، باعث تراوش پذیری بیشتر گاز هیدروژن خواهد شد اما انتخاب پذیری h 2/co2کاهش خواهد یافت و در مقابل h2/ch 4 تغییر نخواهد کرد. برای mof-5 چهاروجهی نتایج نشان داد که داده های انتخاب پذیری-تراوش پذیری برای h-2/co2 در mof-5 چهاروجهی از منحنی 1991 رابسون عبور کرده و به منحنی 2008 رابسون نزدیک شده است.