اثر روش پوشش و فشار و دمای خوراک بر عملکرد جداسازی دی‌اکسیدکربن/متان غشاهای مرکب Pebax/PES

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

2 مرکز تحقیقات پیشرفته فناوری غشا (AMTEC)، دانشگاه فناوری مالزی (UTM)، مالزی

چکیده

در این مطالعه غشای مرکب Pebax/PES با پوشش تک لایه Pebax-1657 بر روی لایه متخلخل PES ساخته شد. روش‌های ریخته‌گری و ریزش محلول برای پوشش لایه بالایی استفاده شدند. تاثیر روش پوشش و شرایطی مانند غلظت محلول Pebax و دما بر تراوش‌پذیری CO2 و  CH4 غشاهای مرکب ساخته شده بررسی شد. تصاویر SEM برای بررسی ساختار غشاهای ساخته شده استفاده شد. گازهای خالص  CO2 و  CH4 برای بررسی خواص تراوش‌پذیری غشاهای ساخته شده در فشار و دمای خوراک به ترتیب 1تا barg12 و 25تا °C55 استفاده شدند. نتایج به‌دست آمده نشان داد که زیرلایه PES قبل از پوشش هیچ گزینش‌پذیری CO2/CH4  نداشته است. نتایج همچنین نشان داد که غشاهای ساخته شده با روش ریزش محلول گزینش‌پذیری CO2/CH4  بالاتری نسبت به غشاهای ساخته شده با روش ریخته‌گری داشته که این به دلیل شکل‌گیری لایه انتخابگر بدون نقص در حین پوشش با روش ریزش محلول است. تراوایی دی‌اکسیدکربن و متان با افزایش دمای خوراک از 25 تا °C55 افزایش یافت. نتایج همچنین نشان داد که با افزایش فشار خوراک از 2 تا barg12 تراوایی CO2 از 8/6 تا GPU 1/10  افزایش داشته، ضمن این‌که تراوایی متان تقریبا ثابت مانده و در نتیجه گزینش‌پذیری CO2/CH4 از 27 به 42 افزایش داشته است.

کلیدواژه‌ها

Baker, R. W. 2004. Membrane technology and applications. John Wiley & Sons Ltd.
Bennett, M., Brisdon, B., England, R. & Field, R. 1997. Performance of PDMS and organofunctionalised PDMS membranes for the pervaporative recovery of organics from aqueous streams. Journal of Membrane Science, 137, 63-88.
Car, A., Stropnik, C., Yave, W. & Peinemann, K.-V. 2008a. Pebax®/polyethylene glycol blend thin film composite membranes for CO2 separation: performance with mixed gases. Separation and Purification Technology, 62, 110-117.
Car, A., Stropnik, C., Yave, W. & Peinemann, K.-V. 2008b. PEG modified poly (amide-b-ethylene oxide) membranes for CO2 separation. Journal of Membrane Science, 307, 88-95.
Cheng, J., Hu, L., Ji, C., Zhou, J. & Cen, K. 2015. Porous ceramic hollow fiber-supported Pebax/PEGDME composite membrane for CO2 separation from biohythane. RSC Advances, 5, 60453-60459.
Cheng, J., Hu, L., Li, Y., Ji, C., Zhou, J. & Cen, K. 2016. Improving CO2 permeability of ceramic hollow fibre-supported composite membranes by blending an ionic liquid in the Pebax/PEGDME selective layer. RSC Advances, 6, 2055-2064.
Choi, S.-H., Tasselli, F., Jansen, J. C., Barbieri, G. & Drioli, E. 2010. Effect of the preparation conditions on the formation of asymmetric poly (vinylidene fluoride) hollow fibre membranes with a dense skin. European Polymer Journal, 46, 1713-1725.
Choi, W., Ingole, P. G., Park, J.-S., Lee, D.-W., Kim, J.-H. & Lee, H.-K. 2015. H2/CO mixture gas separation using composite hollow fiber membranes prepared by interfacial polymerization method. Chemical Engineering Research and Design, 102, 297-306.
Freeman, B., Yampolskii, Y. & Pinnau, I. 2006. Materials science of membranes for gas and vapor separation, John Wiley & Sons.
Ismail, A. F., Khulbe, K. & Matsuura, T. 2015. Gas Separation Membranes: Polymeric and Inorganic, Springer.
Ismail, A. F. & Lai, P. Y. 2003. Effects of phase inversion and rheological factors on formation of defect-free and ultrathin-skinned asymmetric polysulfone membranes for gas separation. Separation and Purification Technology, 33, 127-143.
Kargari, A., Shamsabadi, A. A. & Babaheidari, M. B. 2014. Influence of coating conditions on the H 2 separation performance from H2/CH4 gas mixtures by the PDMS/PEI composite membrane. International Journal of Hydrogen Energy, 39, 6588-6597.
Li, S., Wang, Z., Zhang, C., Wang, M., Yuan, F., Wang, J. & Wang, S. 2013a. Interfacially polymerized thin film composite membranes containing ethylene oxide groups for CO2 separation. Journal of Membrane Science, 436, 121-131.
Li, T., Pan, Y., Peinemann, K.-V. & Lai, Z. 2013b. Carbon dioxide selective mixed matrix composite membrane containing ZIF-7 nano-fillers. Journal of Membrane Science, 425, 235-242.
Lillepärg, J., Georgopanos, P., Emmler, T. & Shishatskiy, S. 2016. Effect of the reactive amino and glycidyl ether terminated polyethylene oxide additives on the gas transport properties of Pebax® bulk and thin film composite membranes. RSC Advances. 6, 11763-11772.
Liu, L., Chakma, A. & Feng, X. 2004. A novel method of preparing ultrathin poly (ether block amide) membranes. Journal of Membrane Science, 235, 43-52.
Madaeni, S., Badieh, M. & Vatanpour, V. 2013. Effect of coating method on gas separation by PDMS/PES membrane. Polymer Engineering & Science, 53, 1878-1885.
Matsuura, T. 1993. Synthetic membranes and membrane separation processes, CRC press.
Mosleh, S., Mozdianfard, M., Hemmati, M. & Khanbabaei, G. 2017. Mixed matrix membranes of Pebax1657 loaded with iron benzene‐1,3,5‐tricarboxylate for gas separation. Polymer Composites, 38, 1363-1370.
Murali, R. S., Ismail, A. F., Rahman, M. A. & Sridhar, S. 2014. Mixed matrix membranes of Pebax-1657 loaded with 4A zeolite for gaseous separations. Separation and Purification Technology, 129, 1-8.
Murali, R. S., Sridhar, S., Sankarshana, T. & Ravikumar, Y. 2010. Gas permeation behavior of Pebax-1657 nanocomposite membrane incorporated with multiwalled carbon nanotubes. Industrial & Engineering Chemistry Research, 49, 6530-6538.
Nafisi, V. & Hägg, M.-B. 2014. Development of dual layer of ZIF-8/PEBAX-2533 mixed matrix membrane for CO2 capture. Journal of Membrane Science, 459, 244-255.
Ramon, G. Z., Wong, M. C. & Hoek, E. M. 2012. Transport through composite membrane, part 1: Is there an optimal support membrane? Journal of Membrane Science, 415, 298-305.
Reijerkerk, S. R., Jordana, R., Nijmeijer, K. & Wessling, M. 2011. Highly hydrophilic, rubbery membranes for CO2 capture and dehydration of flue gas. International Journal of Greenhouse Gas Control, 5, 26-36.
Ren, X., Ren, J. & Deng, M. 2012. Poly (amide-6-b-ethylene oxide) membranes for sour gas separation. Separation and Purification Technology, 89, 1-8.
Robeson, L. M. 2008. The upper bound revisited. Journal of Membrane Science, 320, 390-400.
Scofield, J. M. P., Gurr, P. A., Kim, J., Fu, Q., Kentish, S. E. & Qiao, G. G. 2016. Blends of fluorinated additives with highly selective thin-film composite membranes to increase CO2 permeability for CO2/N2 gas separation applications. Industrial & Engineering Chemistry Research, 55, 8364–8372.
Vankelecom, I., Moermans, B., Verschueren, G. & Jacobs, P. 1999. Intrusion of PDMS top layers in porous supports. Journal of Membrane Science, 158, 289-297.
Wijenayake, S. N., Panapitiya, N. P., Nguyen, C. N., Huang, Y., Balkus, K. J., Musselman, I. H. & Ferraris, J. P. 2014. Composite membranes with a highly selective polymer skin for hydrogen separation. Separation and Purification Technology, 135, 190-198.
Yampolskii, Y. & Freeman, B. 2010. Membrane gas separation, Wiley Online Library.
Yong, W. F., Li, F. Y., Xiao, Y. C., Chung, T. S. & Tong, Y. W. 2013. High performance PIM-1/Matrimid hollow fiber membranes for CO2/CH4, O2/N2 and CO2/N2 separation. Journal of Membrane Science, 443, 156-169.
Zhu, L., Jia, W., Kattula, M., Ponnuru, K., Furlani, E. P. & Lin, H. 2016. Effect of porous supports on the permeance of thin film composite membranes: Part I. Track-etched polycarbonate supports. Journal of Membrane Science, 514, 684-695.