Skip to main content
SUPERVISOR
مرتضی صادقی (استاد راهنما) قادر خانبابائی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Vahid Mozafari
وحید مظفری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Investigation of Gas Separation Properties of Polyurethane/Poly (ether block amid( (PU/PEBA) Polymeric Blend Membrane and Effect of Silica Nanoparticles on it
: This research involves the investigation of the preparation and characterization of polyurethane (PU), polyurethane/poly (ether block amid) (PU/PEBA) blend membranes and also polyurethane/poly (ether block amid)/silica nanocomposite membranes for gas separation. polyurethane was synthesized by two step polymerization from Ingredients of isophorone diisocyanate (IPDI), polytetramethylene glycol (PTMG), 1, 4-butanediamine (BDA) and 1, 4-butanediol (BDO) in mole ratios of 3:1:2. A series of poly (ether block amid) (PEBA) MV3000 and MH1657 have been chosen to prepare PU/PEBA blend membranes. The effects of blend composition and weight percent of silica nanoparticles on the permeability of N 2 , O 2 , CO 2 and CH 4 were investigated. All membranes were prepared by thermal phase inversion method. Physical properties of synthesized polyurethane and prepared blends were investigated by FT-IR; XRD and SEM. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy was used to verify the chemical structure of the resulting polymer and blend membranes.Results of FT-IR indicated that with increase the amount of PEBA in blend membranes, phase separation of hard and soft segments decreased, it is due to the more population of OH groups of poly(ether block amid) and N-H groups in hard segments of polyurethane.XRD results showed that with increase the amount of PEBA in blends, intensity of picks increase that it’s a usual phenomenon.The SEM micrographs of prepared samples shown that PU/PEBA blend membranes were compatible immiscible systems, that miscibility of blends increase with increase by wt% of PEBA.The results of gas permeation experiments represented that by increasing the amount of PEBA in PU/PEBA blend membranes, permeability of the all gases decreased and selectivity increased. The results of gas permeation experiments represented that by increasing PEBA in PU/PEBA blend membranes, permeability of the pure gases was decreased while selectivity was increased. The gas separation performance of the prepared membranes has been comprised to Robeson upper bound. The prepared blend membranes have good performance in separation of CO 2 .To investigate the effect of silica nanoparticles on permeability properties of blend membranes,Nanoparticles of silica made by method of sol – gel .Nanocomposite membranes polyurethane / poly (ether block amid) / silica containing over 40: 60 of polyurethane: poly (ether block amid) were prepared and evaluated. The prepared polyurethane/poly (ether block amid)/silica membranes were characterized using FTIR, XRD and SEM. The obtained SEM micrographs and FT-IR spectra’s confirmed that the silica nanoparticles distributed in polymer matrix homogenously. From XRD patterns of nanocompoites membranes excluded that crystallinity of prepared samples decreased with increase the weight percent of nanoparticles on them. Gas permeation properties of nanocomposite membranes with silica content of 2.5, 5, 10 and 20 wt% was studied for pure gases at 10 bar pressure and at 30°C. The obtained results indicated the decrease in permeability of all gases, but the increment in CO 2 /N 2 , CO 2 /CH 4 and O 2 /N 2 selectivities by increasing the content of silica nanoparticles in nanocomposite membranes. Keywords: Membrane; Gas separation; Polyurethane; Poly (ether block amid); Blend; Silica; Nanocomposite
این پژوهش شامل تهیه و مشخصه یابی غشا پلی یورتان، غشاهای آلیاژی پلی یورتان/پلی(اتر بلوک آمید) و همچنین غشاهای نانو کامپوزیت پلی یورتان/ پلی(اتر بلوک آمید)/سیلیکا به منظور بررسی خواص جداسازی گاز می باشد. پلی یورتان توسط روش پلیمریزاسیون دو مرحله ای از مواد اولیه ایزوفورن دی ایزوسیانات (IPDI)، پلی تترامتیلن گلایکول (PTMG)با وزن مولکولی 2000 گرم بر مول ، 4،1-بوتان دی آمین (BDA) و 1،4- بوتان دی‌ال(BDO)در نسبت مولی از دی ایزوسیانات:زنجیرگسترنده:پلی ال، 1:2:3 به منظور بدست آوردن ساختار مولکولی مورد نظر تهیه شد. یک گروه از پلی(اتر بلوک آمید) MV3000 وMH1657 به منظور تهیه غشاهای آلیاژی پلی یورتان/پلی(اتر بلوک آمید) انتخاب شدند. اثرترکیب درصد آلیاژ و درصد وزنی نانو ذرات سیلیکا بر خواص تراوایی گازهای نیتروژن، اکسیژن، متان و دی اکسیدکربن مورد بررسی قرار گرفت. همه غشاها توسط روش جدایش فازی گرمایی تهیه شدند.به منظور بررسی اثر ترکیب درصد پلی(اتر بلوک آمید) بر خواص جداسازی گاز غشاهای آلیاژی پلی یورتان/پلی(اتر بلوک آمید)، غشاهای آلیاژی در ترکیب درصدهای متفاوت از پلی(اتر بلوک آمید) تهیه شدند و مورد ارزیابی قرار گرفت. خواص فیزیکی و شیمیایی غشاهای آلیاژی تهیه شده توسط آزمون های FT-IR، XRD و SEMمورد بررسی قرار گرفت. نتایج طیف سنجی FT-IR غشاهای آلیاژی تهیه شده نشان می دهد که با ورود پلی(اتر بلوک آمید) به بستر پلی یورتان، جدایش فازی موجود بین قطعه سخت و نرم کاهش می یابدکه ناشی از ایجاد پیوند هیدروژنی بین گروه OH پلی(اتر بلوک آمید) و گروه N-H موجود درقطعه سخت پلی یورتان می باشد. نتایج بدست آمده از آزمون پراش پرتو ایکس نشان می دهد که با افزایش پلی(اتر بلوک آمید) ارتفاع قله مربوط به نواحی بلوری در نمونه ها افزایش می یابد. تصاویر SEM تهیه شده نشان می دهد که آلیاژهای پلی یورتان/پلی(اتر بلوک آمید)، آلیاژهای امتزاج ناپذیر سازگار بوده که با افزایش مقدار پلی(اتر بلوک آمید) همگنی نمونه ها افزایش می یابد. نتایج عبور گازها نشان می دهد که با افزایش مقدار پلی(اتر بلوک آمید) در غشاهای آلیاژی، تراوایی گازها کاهش و گزینش پذیری افزایش می یابد. پس از انتخاب غشا آلیاژی مناسب، به منظور بررسی اثر نانوذرات سیلیکا بر خواص تراوایی غشاهای آلیاژی، نانوذرات سیلیکا به روش سل- ژل ساخته شد و غشاهای نانوکامپوزیتی پلی یورتان/پلی(اتر بلوک آمید)/سیلیکا بر پایه غشاهای آلیاژی حاوی نسبت 40 : 60 از پلی یورتان:پلی(اتر بلوک آمید) تهیه شد و مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمون های FT-IR و SEM بیانگر توزیع مناسب نانو ذرات در بستر آلیاژها بود. نتایج آزمون XRD نشان داد که با افزایش مقدار نانو ذرات در غشاهای نانوکامپوزیتی از میزان بلورینگی نمونه ها کاسته می شود. افزایش نانو ذرات (از 5/2 تا 20 درصد وزنی) در غشاهای آلیاژی منجر به کاهش تراوایی گازها و افزایش گزینش پذیری شد. کلمات کلیدی : غشای آلیاژی، غشای نانو کامپوزیت، پلی یورتان، پلی(اتر بلوک آمید)، نانو سیلیکا، جداسازی گاز

ارتقاء امنیت وب با وف بومی