Document Type : Original Article

Authors

• Omid Alizadeh
• Shiva Falahati
• Masoud Mokhtary

Department of Chemistry and Chemical Engineering, Rasht branch, Islamic Azad University, Rasht, Iran

Abstract

In the present work, a polyetherimide/ZIF-8 composite membrane was fabricated by solution casting technique. The prepared membranes were Characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy – attenuated total reflectance (FTIR-ATR), energy dispersive X-ray (EDAX) and X-ray diffraction (XRD). Furthermore, the membrane's performance in separating carbon dioxide and methane was analyzed through single gas permeability measurements. FTIR-ATR spectrum of the prepared membrane confirmed the functional groups of polyetherimide. XRD analysis showed that the additive was well dispersed in the polymer, resulted in a reduction in the membrane's crystallinity. EDAX analysis confirmed the existence and proper dispersion of Zn particles in the membrane. Finally. The results of permeability tests showed that adding ZIF-8 to the membrane significantly increased its permeability and selectivity. The permeability of the composite membrane for CO2 gas was 5.91 GPU, more than twice that of the pure polyetherimide membrane. Additionally, the permeability for CH4 gas was 0.31 GPU, representing a significant improvement over the pure membrane's permeability of 0.17 GPU. The carbon dioxide/methane selectivity also rose from 15.3 in the pure membrane to 19.1 in the composite membrane. In conclusion, the study demonstrated that adding ZIF-8 to a polyetherimide matrix can improve the effectiveness of the resulting composite membrane for separating CO2 from CH4. The improvement in selectivity was primarily due to the increased solubility coefficient of carbon dioxide compared to methane in the composite membrane.

Keywords

• Polyetherimide
• Mixed matrix membrane
• ZIF-8
• Gas separation

Main Subjects

• Chemical Engineering

Article Title [Persian]

تولید غشای کامپوزیت پلی‌اترایمید/ 8-ZIF برای جداسازی دی‌اکسید کربن از متان

Authors [Persian]

• امید علیزاده
• شیوا فلاحتی

گروه شیمی و مهندسی شیمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران.

Abstract [Persian]

در این مطالعه، غشای کامپوزیت پلی‌اترایمید/ 8-ZIF به روش ریخته‌گری حلال تولید شد. طیف‌سنجی فوریه تبدیل مادون قرمز – بازتاب کاهش‌یافته (FTIR-ATR) غشای تهیه‌شده تأیید کرد که گروه‌های عاملی پلی‌اترایمید وجود دارند. پراش اشعه ایکس (XRD) نشان داد که ذرات افزودنی به خوبی در پلیمر پخش شده است که منجر به کاهش بلورینگی غشا شد. پراش اشعه ایکس پراکنده انرژی (EDAX) وجود و پخش مناسب ذرات روی در غشا را تأیید کرد. در نهایت، نتایج آزمون‌های عبور نشان داد که افزودن ZIF-8 به غشا به طور قابل‌توجهی میزان عبور و انتخاب‌پذیری آن را افزایش داده است. عبور غشای کامپوزیت برای گاز دی اکسید کربن GPU91/5 بود، بیش از دو برابر غشای پلی‌اِتریمید خالص. علاوه بر این، عبور گاز متان GPU31/0 بود که نشان‌دهنده بهبود قابل‌توجهی نسبت به نفوذیت غشای خالص با عبور GPU17/0 بود. همچنین، انتخاب‌پذیری دی‌اکسید کربن/متان هم از 3/15 در غشای خالص به 1/19 در غشای کامپوزیت افزایش یافت. در نتیجه، این مطالعه نشان داد که افزودن 8-ZIF به ماتریس پلی‌اِتریمید می‌تواند کارایی غشای کامپوزیت حاصل را در جداسازی CO2 از CH4 بهبود بخشد. این بهبود انتخاب‌پذیری را می توان بیش از همه به افزایش ضریب حلالیت دی‌اکسید کربن نسبت به متان در غشای کامپوزیت ارتباط داد.

Keywords [Persian]

• پلی‌اترایمید
• غشای ماتریس آمیخته
• 8-ZIF
• جداسازی گاز