استفاده از غشا به منظور شیرین سازی گاز طیبعی یکی از فرآیندهای اساسی است که در سال های اخیر مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. مطالعات انجام شده نشان می دهد که غشاهای شبکه آمیخته از پتانسیل بالایی در این زمینه برخوردارند. در این پژوهش غشاهای جداسازی گاز آمیزه ای پلی ایمید/ پلی اتیلن گلایکول و شبکه آمیخته ای پلی ایمید/ پلی اتیلن گلایکول- زئولیت zsm-5 به روش تبخیر حلال تهیه گردیدند. با افزایش 5-1 درصد وزنی پلی اتیلن گلایکول تروایی گاز دی اکسید کربن و گزینش پذیری زوج گاز دی اکسید کربن/ متان در فشار 10 بار از barrer 6898/7 و 7419/33 در غشای ماتریمید خالص به barrer 5748/9 و 8452/39 در غشای حاوی %5 پلی اتیلن گلایکول افزایش یافت. آزمون ft-ir وجود پیوندهای ضعیف هیدروژنی میان دو پلیمر و آزمون dsc نیمه امتزاج پذیر بودن آمیزه های پلیمری را نشان دادند. نتایج آزمون sem افزایش تخلخل غشا را با افزایش درصد وزنی پلی اتیلن گلایکول تائید کرد. از زئولیت zsm-5 کلسینه شده به منظور ساخت غشاهای شبکه آمیخته استفاده شد. حضور همزمان پلی اتیلن گلایکول و زئولیت zsm-5 تا %5 وزنی در شبکه پلی ایمیدی، افزایش قابل توجه تراوایی گاز دی اکسید کربن و نیز گزینش پذیری غشاهای شبکه آمیخته نسبت به زوج گاز دی اکسید کربن/ متان را به دنبال داشت. به طوریکه تراوایی دی اکسید کربن و گزینش پذیری برای غشاهای شبکه آمیخته در فشار 10 بار به ترتیب از barrer 5748/9 و 8452/39 برای غشای آمیزه ای حاوی %5 پلی اتیلن گلایکول و barrer 6315/8 و 5669/52 برای غشای شبکه آمیخته حاوی %5 زئولیت به barrer 5287/11 و 0140/60 برای غشای حاوی %5 پلی اتیلن گلایکول و %5 زئولیت رسید. اثر فرآیند کلسینه کردن بر زئولیت zsm-5 توسط آزمون های ft-ir و fesem مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمون sem غشاهای شبکه آمیخته توزیع مناسب ذرات در ماتریس پلیمری را در حضور 5-1 درصد وزنی پلی اتیلن گلایکول نشان می دهد.

در این رساله، به بررسی عملکرد غشاهای شبکه آمیخته (mmm) بر پایه ی ماتریمید 5218 (matrimid®5218) در جداسازی گازهای دی اکسیدکربن از متان پرداخته شده است. در واقع نتایج حاصل از تهیه غشای شبکه آمیخته با افزودن ذرات زئولیت nay خالص (matrimid/nay)، زئولیت هایی که سطح خارجی آن ها با عامل آمینوسیلانی اصلاح شده است (matrimid/sm-nay) و زئولیت هایی که داخل حفرات آن ها به روش سنتز کشتی در یک بطری اصلاح شده است (matrimid/ag-3)، به matrimid، بررسی شدند. در بخش بعدی نتایج حاصل از غشای آلیاژی matrimid/peg200 و همچنین افزودن نانوذرات زئولیتy خام وکپسوله شده (ag-3)، در ساختار غشای آلیاژی مذکور شرح داده میشود. در انتها مقایسه ای بین عملکرد غشاها با مدل های تراوایی متداول انجام شده و کارایی مدل ها در تخمین داده های تراوایی آورده شده است. از آنالیزهای dls، bet، uv-viz drs، xrd، ftir-atr، sem، cam، tga، dsc و plm برای ارزیابی ذرات و غشاهای مختلف استفاده شد. همچنین اثر محتوای ذرات پرکننده (0 تا 20% وزنی)، فشار خوراک گاز (bar 12-2) و دمای خوراک (35 تا c°75) بر جداسازی گازهای co2/ch4 بررسی شدند. همچنین آزمون تراوایی مخلوط گازی در غشاهای بهینه انجام شد. نتایج ارزیابی ذرات سنتز شده، نشان از موفقیت آمیز بودن مراحل مختلف سنتز داشت. نتایج تراوایی گاز نشان داد که اصلاح ساختاری ذرات پرکننده طی مراحل ساخت غشا، اگرچه موجب افزایش گزینش پذیری شده است، اما در مقایسه تراوایی را نیز کاهش داده است. در واقع اصلاح سطح خارجی زئولیت nay با عامل آمینوسیلانی و اصلاح داخل آن طی مراحل سنتز کشتی در یک بطری موجب افزایش چشمگیر گزینش پذیری co2/ch4 شد. اما تراوایی co2 کاهش یافت. ماکزیمم گزینش پذیری در غشای حاوی 15% وزنی زئولیت ag-3 رخ داد. در این غشا تراوایی co2 از 34/8 برای matrimid به 51/13 بارر در غشای matrimid/ag-3 افزایش یافت (حدود 62%). همچنین گزینش پذیری co2/ch4 از 3/36 برای matrimid خالص تا 1/77 برای غشای matrimid/ag-3 افزایش یافت (حدود 112%). در غشاهای آلیاژی matrimid/peg حاوی 5% وزنی peg، حضور همین مقدار peg در ساختار غشاهای شبکه آمیخته ی سه جزئی موجب برهمکنش مناسبی با ذرات پرکننده شد و موجب کاهش ترکیب درصد بهینه ی ذرات پرکننده از 15% به 5% شد.

محتوای گاز گلخانه ای دی اکسیدکربن در اتمسفر زمین رو به افزایش می باشد. جداسازی این گاز از منابع اصلی تولید کننده آن نظیر نیروگاه ها، صنایع فولاد و سایر صنایع شیمیایی به دلیل افزایش اثرات مخرب گازهای گلخانه ای، مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. حذف گاز دی اکسیدکربن گازهای خروجی دودکش صنایع به کمک غشاهای پلیمری، کاربردی مهم و در حال توسعه از فناوری غشایی می باشد. در این راستا، غشاهای آلیاژی از ترپلیمر اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (abs) و پلی وینیل استات (pvac) با ترکیب درصدهای متفاوت و پلی اتیلن گلایکول (peg) با وزن های ملکولی مختلف، تهیه و رفتار تراوایی و گزینش پذیری آنها برای گازهای دی اکسیدکربن و نیتروژن مورد بررسی قرار گرفته است. اثر شرکت دادن ترکیب درصدهای متفاوت پلیمر آلیاژ شده با abs بر کارایی جداسازی گاز، مورد بررسی قرار گرفته است. هم چنین، پس از انتخاب مطلوب ترین غشاء، اثر فشار بر تراوایی دی اکسیدکربن مورد مطالعه قرار گرفته است. در قسمت دیگر کار، آزمون انحلال پذیری گاز دی اکسیدکربن در غشاها انجام و به کمک آن ضرایب انحلال پذیری و نفوذ پذیری این گاز در غشاها تعیین گردید. هم چنین به منظور بررسی ویژگی های غشاها تصاویر sem و طیف های ftir تهیه و ارزیابی شدند. در نهایت مشخص شد که تراوایی دی اکسیدکرین در غشاء abs حاوی 10% و 30% وزنی pvac و 10% وزنی peg20000 دارای مطلوب ترین خواص جداسازی می باشند. هم چنین میزان تراوایی و گزینش پذیری دی اکسیدکربن/نیتروژن در آنها در مقایسه با غشاء abs افزایش مطلوبی یافته است. نتایج نشان دادند که با تغییر فشار، تغییرات قابل توجهی در مقادیر تراوایی ایجاد نشد. در نهایت با بررسی مورفولوژی غشاهای تهیه شده به کمک sem و ftir، ساختار خوب و مناسب آنها برای انتقال گاز در جداسازی های منظور روشن گردید.