محققان دانشکده شیمی دانشگاه علم و صنعت ایران موفق به ساخت یک غشای نانوکامپوزیت پلیمری به منظور جداسازی گاز دی اکسید کربن از یک جریان گازی سبک نظیر هیدروژن (H2) شدند.

به گزارش خبرنگار پژوهشی ایسنا، سیدعلی قدیمی، دانشجوی دوره دکتری مهندسی شیمی دانشگاه علم و صنعت ایران این طرح را در قالب رساله دکتری خود با عنوان «جداسازی غشایی دی ‌اکسیدکربن از هیدروژن با استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری و مدل‌سازی آن» با راهنمایی دکتر تورج محمدی و دکتر نورالله کثیری ارائه کرده است.

در این رساله برای ساخت غشاهای نانوکامپوزیت از روش ‌های سل-ژل و اختلاط محلول استفاده شده است. در روش اختلاط محلول برای بهبود پراکندگی نانوذرات SiO2 در ماتریس پلیمری از اصلاح فیزیکی و شیمیایی سطح نانوذرات استفاده شد. ویژگی‌های ساختاری غشاهای ساخته شده به کمک آزمون‌های SEM، DSC، FTIR(ATR)، DMTA، XRD و Tensileمورد ارزیابی قرار گرفتند.

بررسی‌های انجام شده نشان داد غشاهای نانوکامپوزیتی که با روش اختلاط محلول و اصلاح شیمیایی سطح نانوذرات SiO2 ساخته شده‌اند، در مقایسه با سایر غشاها دارای مشخصات ساختاری بهتری هستند. بنابراین از اصلاح شیمیایی سطح نانوذرات توسط اولئیک اسید (OA) برای حذف پدیده‌ کلوخگی در ساخت غشاهای نانوکامپوزیت استفاده شد.

برای بررسی بازده عملکردی غشاهای ساخته شده آزمایش‌های گاز خالص (CO2، CH4، N2 و H2) و مخلوط گازی (%20/%80 (H2/CO2)، %60/%40 (N2/CO2) و %20/%80 (H2/CO2)،) انجام شد. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که حضور فاز غیرآلی در ماتریس پلیمری PEBA باعث ارتقای ویژگی‌های جداسازی غشاها شده است. به عنوان مثال، با افزایش درصد وزنی نانوذرات از صفر به هشت درصد گزینش‌گری ایده‌آل غشاها برای جفت گازهای CO2/H2، CO2/CH4 و CO2/N2 به ترتیب از (9، 18 و 61) به (17، 45 و 137) افزایش یافت.

به علاوه، یک مدل ریاضی صریح برای پیش‌ بینی پارامترهای انتقال (حلالیت، نفوذپذیری و تراوایی) در غشاهای نانوکامپوزیت بر پایه‌ تئوری حلالیت و نفوذ و مشاهدات تجربی توسعه یافت.

روابط ارائه شده توسط وَن ‌آمِرونگن و وَن ‌کرِوِلن با توجه به خصوصیات فیزیکی اجزا و دمای انتقال شیشه‌ای پلیمر برای تخمین ضرایب حلالیت و نفوذ در غشاهای تک ‌لایه مورد استفاده قرار گرفتند. ضرایب نفوذ و حلالیت در غشاهای نانوکامپوزیت سپس به مقادیر متناظر آنها در غشاهای تک لایه و خصوصیات ساختاری غشاهای نانوکامپوزیت ارتباط داده شد.

نتایج به دست آمده نشان داد که مدل ریاضی ارائه شده در این تحقیق به خوبی قادر به تخمین ضرایب حلالیت، نفوذ و تراوایی است، به عنوان مثال مقادیر تجربی و تخمین زده شده توسط مدل دارای ضریب همبستگی‌ 0.95، 0.97 و 0.96 به ترتیب برای حلالیت، نفوذ و تراوایی هستند.

انتهای پیام