Skip to main content
SUPERVISOR
مهدی پورافشاری چنار (استاد مشاور) محمود معصومی (استاد راهنما) مرتضی صادقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Samaneh Baghersad
سمانه باقرصاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

InvestigatingEffect of Solvent, Acid-Solvent Complex and Alumina Nanoparticles on the Gas Separation Properties of Polysulfone Membrane
: In This research a series of PSF membranes were prepared using Tetrahydroforan (THF), Dimethylformamide (DMF), N-methylpyrrolidone (NMP)and Dimethylacetamide (DMAC)solvents via phase inversion method . CO 2, CH 4, N 2 andO 2 gases were used to evaluate the gas separation properties of prepared membranes. Results of gas permeation are as followed: PSF-NMP PSF-DMAC PSF-THF PSF-DMF. Amoung these prepared membranes, PSF–DMF membrane has most CO 2 /CH 4 , CO 2 /N 2 and O 2 /N 2 ideal selectivities with amount of37.9, 13.34 and 5.5, respectively.In the next part of the study, the effect of propionic acid on gas separation properties of polysulfone membrane was investigated. To evaluate the effect of PA, 9 different solutions containing PA were prepared for membrane casting. Then the results were comprised to Robeson upper-bound,to select the optimum membrane. PSF membrane with 25%wt polysulfone and 35%wt propionic acid showed the best performance. The results showed that permeability and selectivity increase by increasing the amount of propionic acid in polysulfone membranes. Furthermore, when concentration of polymer in membrane structure was decreased, permeability of membrane was creased due to more molecular entanglements and restricted pathway and when concentration of polymer in membrane structure was decreased, permeability of membrane was increased because of non selective defects. At the end of the research the effect of Alumina nanoparticles on the gas separation properties of the PSF membrane was evaluated. Polysulfone and polysulfone-alumina nanocomposite membranes were prepared by thermal phase inversion method. The performances of prepared membrane in gas separation were measured at pressure of 10 barg and temperature of 35°C.Membranes were prepared with alumina content of 5, 10, 15, 20 and 30 wt%. The prepared nanocomposite membranes were characterized using ATR, SEM and XRD methods. The SEM results demonstrated good distribution of alumina particles in the polymer matrix. This confirms the desirable mixing of the alumina in polymer and also a good compatibility between two phases. Also the SEM results were showed the size of particles were nano scale and were not accumulated. From XRD patterns of nanocomposites membranes excluded that crystalinity of prepared samples decreased with nanoparticles. The FT-IR patterns show the absorption peak at 830, 1635 cm -1 respect to bonded hydroxyl for Alumina, that height of these picks was increased with nanoparticles. The gas separation results showed that permeability and selectivity of gases increase by increasing the amount of alumina in PSF-Alumina membranes. Permeability of CO 2, O 2 , N 2 and CH 4 was increased from 10.9, 6.38, 1.07 and 0.37 barrer in pure polysulfone to 15.31, 8.77, 1.38 and 0.46 barrer in the nano composite containing 30 wt% of the alumina nanoparticles respectively. Furthermore the selectivity of CO 2 /CH 4 , CO 2 /N 2 and O 2 /N 2 in the corresponding membranes demonstrated an increase from 29.46, 10.19, 5.96 in pure PSF to 33.28, 11.09 and 6.35 in the composite membranes. The CO 2 / N 2 and CO 2 / CH 4 selectivity were increase more than that of O 2 /N 2 by alumina content, resulting mainly from the superior solubility selectivity of polar CO 2 gas, while the solubility of O 2 /N 2 remains nearly constant. Keywords: membrane; polysulfone; alumina; nanocomposite; gas permeatio
فناوریغشایییکیازروش‌هاییاستکهدرسال‌هایاخیربه ‌دلیلمصرفانرژیکمترواطمینانعملکردیبالاتروهمچنین نیاز بهفضاوهزینهاولیهکمتر،ازاهمیتویژه ایبرخورداراستودراینمیانغشاهایپلیمریگزینش ‌پذیر از جمله پلی سولفونبیشترموردتوجهقرارگرفته اند.نظر به اینکه حلال‌ها خواص شیمیایی و فیزیکی گوناگون دارند، می توانند برهم‌کنش های داخلی با شبکه ی پلیمر داشته باشند و موجب تغییراتی در فرآیند وارونگی فازی برای ساخت غشا شوند. بنابراین غشاهای ساخته شده با حلال های مختلف ممکن است دارای کارایی‌ های متفاوتی برای فرآیندهای جداسازی گازی باشند. در این پژوهش به منظور بررسی اثر حلال بر غشاها،غشاهای پلی سولفون با استفاده از حلال‌های تترا هیدرو فوران ((THF، دی متیل فرمامید (DMF)، دی متیل استامید(DMAC)و ان متیل پیرولیدون (NMP) با روش وارونگی فازی ساخته شدند. به منظور شناسایی بهترین حلال برای پلی سولفون برای جداسازی دی اکسیدکربن از متان، غشاهای چگال از این پلیمرها مورد ارزیابی تراوایی گازهای خالص نیتروژن، اکسیژن، متان و دی اکسیدکربن قرار گرفتند. نتایج بدست آمده از تراوایی به صورت زیر است:. PSF-NMP F –.DMAC F –THF F– DMFبا مقایسه نتایج غشاهای ساخته شده در این پژوهشبهترین حلال برای ساخت غشاهای پلی سولفون، NMP شناخته شد. در مرحله دوم با افزودن پروپیونیک اسید به حلال ان متیل پیرولیدون، تعداد 9 غشا با درصد مختلف اسید در حلال و با غلظت های مختلف پلیمر در محلول ساخته شد و مورد آزمایشات تراوایی گاز قرار گرفت. غشاهای خالص و نانوکامپوزیت های تهیه شده توسط آزمایشات,XRD,SEM وFTIRمورد بررسی قرار گرفتند. تراوش‌پذیری غشاهای تهیه شده برای گازهای خالص دی‌اکسیدکربن، اکسیژن و نیتروژن با استفاده از روش زمان تأخیر (time lag)و به کمک یک سیستم غشائی فشار ثابت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمون های مشخصه یابی، بیانگر این موضوع هستند که نانوذرات آلومینا ، سازگاری خوبی با پلیمر پلی سولفون دارند و به طور یکنواخت در غشا توزیع شده اند. عملکرد غشاهای تهیه شده در جداسازی گازهای نامبرده در فشار bar 10 و دمای 35 مورد ارزیابی قرار گرفت.غشای با درصد بهینه پلیمر و اسید توسط مقایسه با خط رابسون، غشای حاوی 25درصد وزنی پلیمرو 35 درصد وزنی اسید تعیین شد.در مرحله سوم به منظور بررسی اثر نانوذرات آلومینا بر خواص تراوایی پلی سولفون و بهبود آن به غشای بهینه تعیین شده در بخش قبل، یعنی محلولی با 25% پلیمر و حضور 35% پروپیونیک اسید در محلول، نانو ذرات آلومینا با درصدهای 5، 10، 15، 20 و 30درصد وزنی افزوده شد و غشاهای نانوکامپوزیت پلی سولفون/آلومینا ازترکیب حلالهای پروپیونیک اسید و N-متیل پیرولیدون تهیه شد. با افزایش نانوذرات آلومینا به پلی سولفون، روند کلی تراوایی در ساختار های مورد بررسی به صورت زیر می باشد:P (CO 2 ) P (O 2 ) P .(N 2 ) P (CH 4 ). همچنین روند کلی گزینش پذیری به ترتیب زیر است:CO 2 /CH 4 CO 2 /N 2 O 2 /N 2 افزایش نانوذرات آلومینا (از 0 تا 30 درصد وزنی) در پلی سولفون،منجر به افزایش تروایی دی اکسید کربن و متان به ترتیب به اندازه 40و 24 درصد و افزایش گزینش پذیری CO 2 /CH 4 به اندازه 13 درصد شدند. مقایسه نتایج تراوایی و گزینش پذیری جفت گازهای CO 2 /CH 4 و O 2 /N 2 نشانگر بهبود راندمان غشاها با افزایش نانوذرات آلومینا می باشد. کلمات کلیدی: غشای نانوکامپوزیت، پلی سولفون، پروبیونیک اسید، آلومینا، جداسازی گاز

ارتقاء امنیت وب با وف بومی