Journal of Gas Technology
Fabrication and Characterization of Polymer Blend Membranes for CO2/CH4 Separation
Document Type : Original Article
Authors
1 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
2 Chemical, Polymeric and Petrochemical Technology Development Research Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran
Abstract
In the last two decades, various modifying techniques have been employed to improve membranes performance including mixed matrix, cross linking, grafting, polymer blending, making composite or hybrid membrane. Blending of polymeric membrane is a cost and time effective approach and an advanced technique for gas separation, where two or more polymers are mixed to produce a new material with different and desired physical, chemical and mechanical properties. This work reports on the separation performance of a novel polymeric blend membrane based on poly (amide-b-ethylene oxide) and polyethersulfone blends. These flat sheet membranes were synthesized using solution-casting in different ratios (10-40%) in order to improve membrane separation performance of CO2/CH4 gas mixtures. Prepared membranes were then characterized by Fourier Transformed Infra-Red Spectroscopy (FTIR) where spectral changes indicated existence of molecular interaction among the polymeric blends, highlighting their compatible nature. Permeabilities of pure gases (CO2 and CH4) were also examined at room temperature. Results indicated that increasing wt.% PES in the Pebax®/PES blend membranes increased selectivity of CO2/CH4 and decreased pure gas permeabilities.
Keywords
Main Subjects
Article Title [Persian]
ساخت و ارزیابی غشاهای آمیزه پلیمری برای جداسازی CO2/CH4
Authors [Persian]
- سمیرا مصلح 1
- محمدرضا مزدیان فرد 1
- محمود همتی 2
- قادر خان بابایی 2
1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
2 عضو هیأت علمی، پژوهشکده توسعه فناوری‌های شیمیایی، پلیمری و پتروشیمی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران
Abstract [Persian]
در دو دهه گذشته، تکنیکهای اصلاحی مختلف برای بهبود عملکرد غشا شامل غشاهای ماتریس آمیخته، ایجاد اتصالعرضی، پیوندسازی، آمیزهسازی پلیمری، ساخت غشاهای کامپوزیتی یا ترکیبی بکارگرفته شدهاست. استفاده از آمیزهسازی غشاهای پلیمری، رویکردی کم هزینه و سریع و در عین حال، تکنیکی پیشرفته برای جداسازی گاز است که در آن، دو یا چند پلیمر برای تولید مادهای جدید با خواص متفاوت فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی بکاربرده می‌شوند. در این مقاله، عملکرد جداسازی غشا آمیزه پلیمری جدیدی، بر پایه پلی (آمید-B اکسید اتیلن) و پلی اترسولفون گزارش می‌شود. این غشاهای تخت با استفاده از روش قالبگیری محلول در نسبتهای مختلف (۴۰-۱۰٪) به منظور بهبود عملکرد جداسازی غشایی مخلوط گازهایCO2/CH4 تهیه شدند. ویژهگی‌های غشاهای ساخته شده سپس توسط آنالیز طیفسنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) ارزیابی شدند، بطوریکه تغییرات طیفی در آن حاکی از تعامل متقابل مولکولی داشت و سازگاری طبیعت میان پلیمرها در این آمیزه را تایید میکرد. نفوذپذیری گازهای خالص (CH4 و CO2) نیز در دمای اتاق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش درصد وزنی PES در غشا آمیزه Pebax®/PES سبب افزایش گزینشگری CO2/CH4 و کاهش نفوذپذیری گازهای خالص گردید.
Keywords [Persian]
- آمیزهسازی
- جداسازی گازی
- پلی(آمید-b-اتیلن اکساید)
- پلی‌اترسولفون
Baker, R.W., 2000. Membrane Technology and Applications. McGraw-Hill, New York.
Dortmundt, D., Doshi, K., 1999. Recent developments in CO2 removal membrane technology, UOP LLC, Des Plaines, Illinois.
Chung, T.S., Jiang, L.Y., Li, Y., Kulprathipanja, S., 2007. Mixed matrix membranes (MMMs) comprising organic polymers with dispersed inorganic fillers for gas separation. Progress in Polymer Science 32, 483-507.
Maddox, R.N., Morgan, D.J., 1998. Gas Conditioning and Processing (4th ed.). Volume 4 of Campbell Petroleum Series.
Ismail, A.F., Kusworo, T.D., 2007. Fabrication and characterization of polyimide/polyethersulfone-fumed silica mixed matrix membrane for gas separation. Reaktor 11, 30-37.
Shekhawat, D., Luebke, D.R., Pennline, H.W., 2003. A review of carbon dioxide selective membranes: a topical report. National Energy Technology Laboratory, United States Department of Energy.
An, W., Swenson, P., Wu, L., Waller, T., Ku, A., Kuznicki S. M., 2011. Selective separation of hydrogen from C1/C2 hydrocarbons and CO2 through dense natural zeolite membranes. Journal of Membrane Science 369, 414-419.
Meinema, Harry A., Dirrix, Ruud. W. J., Brinkman, H.W., Terpstra, Rinse A., Jekerle, Jiri, Kösters, P.H., 2005.
Ceramic Membranes for Gas Separation - Recent Developments and State of the Art. Interceram 54 (2), 86-91.
Car, A., Stropnik, Ch., Yave, W., Peinemann, K., 2008. Pebax® /polyethylene glycol blend thin film composite membranes for CO2 separation: performance with mixed gases. Separation and Purification Technology 62, 110-117.
Okamoto, K., Fujii, M., Okamyo, S., Suzuki, H., Tanaka, K., Kita, H., 1995. Gas permeation properties of poly (ether imide) segmented copolymers. Macromolecules 28, 6950-6956.
V.I. Bondar, V.I., Freeman, B.D., Pinnau, I., 2000. Gas transport properties of poly(ether-b-amide) segmented block copolymers, Journal of Polymer Science 38, 2051-2062.
Çakal, Ü., 2009. Natural gas purification by zeolite filled polyethersulfone based mixed matrix membranes, MSc Thesis, Middle East Technical University.
Kim, J.H., Lee, Y.M., 2001. Gas permeation properties of poly (amide-6-b-ethylene oxide)-silica hybrid membranes. Journal of Membrane Science 193, 209-225.
Qu, P., Tang, H., Gao, Y., Zhang, L., Wang, S., 2010. Polyethersulfone composite membrane blended with cellulose fibrils. BioResources. 5, 2323-2336.
Bakhtiari, O., Mosleh, S., Khosravi, T., Mohammadi, T., 2011. Preparation, characterization and gas permeation of polyimide mixed matrix membranes. Journal of Membrane Science and Technology 1 (101).
Li, T., Pan, Y., Peinemann, K., Lai, Z., 2013. Carbon dioxide selective mixed matrix composite membrane containing ZIF-7 nano-fillers. Journal of Membrane Science, 425 (1), 235-242.
Karkhanechi, H., Kazemian, H., Nazockdast, H., Mozdianfard, M.R., Bidoki, S.M., 2012. Fabrication of homogenous polymer-zeolite nanocomposites as mixed-matrix membranes for gas separation. Chemical Engineering & Technology 35, 885-892.
)