ساخت لایه های غشایی پلیمری PEBA روی پایه های نانوساختار PSF بمنظور جداسازی دی اکسید کربن از نیتروژن و متان

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

3 گروه مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

10.22075/chem.2020.16150.1546

چکیده

یکی از روش های رایج برای حذف گازهای اسیدی موجود در گاز طبیعی فرایند غشایی است. از جمله مهمترین و مستعدترین مواد غشایی در این زمینه کوپلیمر پلی اتر بلاک آمید (PEBA) است که در ساختارهای کامپوزیتی چند لایه ای مورد استفاده قرار می گیرد. در این تحقیق، بمنظور جداسازی دی اکسیدکربن از نیتروژن و متان لایه های غشایی پلی اتربلاک آمید با استفاده از روش غوطه وری به طور مستقیم و بدون استفاده از لایه میانی بر روی پایه های نانوساختار پلی سولفون (PSF) پوشش دهی شده و عملکرد آن ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. میانگین اندازه حفرات پایه غشایی استفاده شده و زبری آن با استفاده از آنالیز AFM اندازه گیری شده که به ترتیب 10/12 و 6/87 نانومتر بدست آمده است. در ادامه با استفاده از آنالیز SEM مورفولوژی دو غشای ساخته شده با غلظت های 2 و 3 درصد وزنی PEBA و نیز عملکرد این غشاها مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته که در این میان غشای ساخته شده با غلظت 3 درصد، با داشتن عبوردهی 27 GPU برایCO2 و انتخابگری 46 و 23 به ترتیب برای جداسازی CO2از N2 و CH4، عملکرد مناسبتری داشته است. از این رو در ادامه تأثیر اختلاف فشار خوراک و جریان عبور کرده بر روی عملکرد این غشا مورد ارزیابی قرار گرفته که بر این اساس با افزایش اختلاف فشار، هر دو پارامتر عبوردهی و انتخابگری، روند صعودی را به خود گرفته اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fabrication of PEBA Polymeric Membrane Layers on Nanostructure PSF Supports to Separation of CO2 from N2 and CH4

نویسندگان [English]

  • mahdi Elyasi Kojabad 1
  • Masumeh Momeni 2
1 Ph.D Student, Department of Chemical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

One of the common methods for the removal of acidic gases in the natural gas is the membrane technology. Poly ether block amide (PEBA) copolymer is one of the most important and talented membrane materials in this field which is applied in multilayer composite structures. In this study, PEBA polymeric layers have been fabricated on nanostructure polysulfone (PSF) supports using dip coating method without gutter layer in order to separation of CO2 from N2 and CH4. The AFM analyses have shown that pore size and mean roughness of PSF support are 10.12 and 6.87 nm, respectively. The morphology of fabricated membranes with solution concentration of 2 and 3wt% has been characterized by scanning electron microscope (SEM) and their performance has been investigated with pure gas permeations. The obtained results have shown that the composite membrane with selective layer of 3wt% PEBA had a suitable performance with permeance of 27 GPU for CO2 and ideal selectivity of 46 and 23 for CO2/N2 and CO2/CH4 separation, respectively. Moreover, the effect of pressure difference on membrane performance has been studied. The results have shown that the permeance and ideal selectivity of membrane increases with increasing of pressure difference.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Multilayer composite membrane
  • PEBA
  • Nanostructure support
  • PSF
[1] P. Mahdi, H. Ali, N. Masoud, J. Of Applied Chemistry, 24 (1391) 99, in Persian.
[2] K. Dalane, Z. Dai, G. Mogseth, M. Hillestad, and L. Deng, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 39 (2017) 101.
[3] T.E. Rufford, et al., Journal of Petroleum Science and Engineering, 94 (2012) 123.
[4] C.A. Scholes, G.W. Stevens and S.E. Kentish, Membrane gas separation applications in natural gas processing, Fuel. 96 (2012) 15.
[5] F. Karamouz, H. Maghsoudi and R. Yegani, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 35 (2016) 980.
[6] A.A. Shamsabadi, H. Riazi, and M. Soroush, In Current Trends and Future Developments on (Bio-) Membranes. (2018) 103.
[7] V. Mozaffari, M. Sadeghi, A. Fakhar, G. Khanbabaei, A.F. Ismail, Separation and Purification Technology. 185 (2017) 202.
[8] M. Yavari, T. Le and H. Lin, Journal of Membrane Science, 525 (2017) 387.
[9] L. Wang, Y. Li, S. Li, P. Ji, C. Jiang, Journal of Energy Chemistry, 23 (2014) 717.
[10] Z. Dai, L. Ansaloni and L. Deng, Green Energy & Environment, 1 (2016) 102.
[11] F. Hamad, K. Khulbe and T. Matsuura, Journal of membrane science, 256 (2005) 29.
[12] S.L. Liu, L. Shao, M.L. Chua, C.H. Lau, H. Wang, S. Quan, Progress in Polymer Science, 38 (2013) 1089.
[13] R. Surya Murali, A.F. Ismail, M.A. Rahman, S. Sridhar, Separation and Purification Technology, 129 (2014) 1.
[14] R.W. Baker, Membrane technology and applications, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK, (2004).
[15] D. Zhao, Y. Wu, J. Ren, H. Li, Y. Qiu, and M. Deng, Journal of Membrane Science,  570 (2019) 184.
[16] A. Car, C. Stropnik, W. Yave, and K.V Peinemann, Separation and Purification Technology 62, no. 1 (2008) 110.
[17] I. Khalilinejad, A. Kargari, and H. Sanaeepur, Chemical Papers, 71, no. 4 (2017) 803.
[18] K.H. Kim, P.G. Ingole, J.H. Kim, and H.K. Lee, Chemical Engineering Journal, 233 (2013) 242.
[19] L. Liu, A. Chakma, and X. Feng, Chemical Engineering Journal, 105, no. 1-2 (2004) 43.
[20] X. Ren, J. Ren, and M. Deng, Separation and Purification Technology, 89 (2012) 1.
[21] M. Momeni, M. Elyasi Kojabad, S. Khanmohammadi, Z. Farhadi, R. Ghalandarzadeh, A.A. Babaluo and M. Zare, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 62 (2019) 236.