Skip to main content
SUPERVISOR
Mortaza Sadeghi,Arjomand Mehrabani zeinabad,Mohammad Dinari
مرتضی صادقی (استاد راهنما) ارجمند مهربانی زین آباد (استاد راهنما) محمد دیناری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Shiva Zolfaghari
شیوا ذوالفقاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Fabrication of Polyether Block Amide / Imine-Linked Covalent Organic Framework Mixed Matrix Membrane and Study on CO2 Separation Properties
Nowadays, the phenomenon of global warming and the amplification of greenhouse gasses due to industrial development and fossil fuel consumption are observed. The carbon dioxide has a significant role in the environmental pollution leading researchers to CO 2 separation and storage via various methodes. Being adaptable to different industries, not needing energy recovery and not wasting the flow, membrane technology, in particular the polymeric ones have drawn attention. However, application of mixed matrix membranes with diverse filler particles were suggested to address the trade-off showed by Robeson. One of the fillers with limited studies is novel covalent organic framework (COF), which carries unique physical properties, e.g., thermal stability, high porousity, large surface area and suitable performance in CO 2 capture. Accordingly, COF was used to fabricate the mixed matrix membranes (MMMs) with copolymer of PEBAX in this study. In this regard, a triazine ring COF based on imine bonds with futuristic structure was synthesized for the first time. The structure, size of crystalline particles with pore size of 27 and their thermal stability were examined with FT-IR, PXRD, FE-SEM, TEM, DLS, EDAX, N 2 adsorption-desorptio and TGA analysis. The obtained results were promising. In addition, ATR, XRD, TGA, tensile stress-strain and single gas permeation analysis were carried out to examine the prepared MMMs. The best performance in terms of gas separation was observed for the MMM with filler loadings of 0.5 wt% and 1% for PEBAX2533 and PEBAX1657,respectively. The separation properties of membranes including permeability and selectivity increased with addition of TCOF to the polymeric matrix until it reached the optimum mass ratio of filler (0.5% and 1%) under pressure of 2 bar and at temperature of 25 The permeation results of T-COF/PEBAX2533 (0.5 %) and T-COF/PEBAX1657 (1%) for CH 4 , N 2 , O 2 and CO 2 were 21.14, 7.97 ,18.93 and 231.84 barrer and 3.99, 1.84, 4.35 and 109,85 barrer, respectively. And the selectivity results of CO 2 /N 2 , CO 2 /CH 4, O 2 /N 2 for COF/PEBAX2533 were 29.11, 10.97 and 2.38 and 59.70, 28.65 and 2.35 for PEBAX1657, accordingly. Subsecuently, membrane performance enhanced in the order of 17% , 16%, 20% and 29% for gas permeation of PEBAX2533 and 15%, 27%, 55% and 47% for that of Pebax1657. As for selectivity, the improvements were 11% (CO 2 /N 2 ), 10% (CO 2 /CH 4 ) and 3% (O 2 /N 2 ) for PEBAX2533 and 15% (CO 2 /N 2 ), 33% (CO 2 /CH 4 ) and 23% (O 2 /N 2 ) for PEBAX1657, respectively.
امروزه با پیشرفت صنعت و استفاده از سوخت های فسیلی شاهد پدیده هایی همچون افزایش گازهای گلخانه‌ای و گرمایش زمین بوده ایم. گاز کربن‌دی‌اکسید نقش اساسی در آلودگی محیط زیست دارد که باعث شده پژوهشگران با روش های گوناگون به جداسازی و جمع آوری آن بپردازند. فناوری غشا به دلیل عدم نیاز به بازیابی انرژی، عدم اتلاف جریان و همچنین انطباق با صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته است. با این وجود، به دلیل وجود محدودیت نشان داده شده توسط رابسون مبنی بر رابطه پایاپای بین تراوش‌پذیری و گزینش‌پذیری، استفاده از غشاهای زمینه مرکب با ذرات پرکننده متفاوت پیشنهاد شده‌است. ازجمله پرکننده‌هایی که به گونه محدودی بررسی شده‌اند، چارچوب‌های نوین آلی-کووالانسی ( COF) هستند که ویژگی‌های فیزیکی مناسب مانند مقاومت گرمایی، تخلخل، مساحت سطح بالا و عملکرد بی‌نظیر در جذب ‌دی‌اکسید کربن از خود نشان می‌دهند. از این رو بر آن شدیم که در پژوهش حاضر از این نانوذرات برای تهیه غشا زمینه مرکب با کوپلیمر پلی‌اتر بلوک آمید با نام تجاری PEBAX استفاده شد. بدین منظور چارچوب‌های آلی-کوالانسی تری‌آزینی بر پایه پیوندهای ایمینی با ساختار جدید برای نخستین بار سنتز شدند. ساختار و اندازه ذرات بلورین و شش‌وجهی با اندازه حفره‌ها 27 آنگستروم با آزمون‌های FT-IR،PXRD ،FE-SEM ،TEM ، DLS،EDAX ، جذب-واجذب نیتروژن و استحکام گرمایی‌شان با ارزیابی TGA نتایج بسیارمناسبی داشتند. غشاهای ساخته شده نیز با آزمون‌های ATR، XRD، tensile stress-strain ،TGA ،FE-SEM و تراوایی ‌گاز خالص ارزیابی شدند که بهترین عملکرد غشا زمینه مرکب PEBAX2533 و EBAX1657 به ترتیب مربوط به درصدهای وزنی 5/0 و 1 از پرکننده بودند. در دمای 25 و فشار 2 بار با افزودن TCOF به زمینه پلیمری، ویژگی‌های جداسازی گاز غشاها شامل تراوش‌پذیری و گزینش پذیری تا مقدار بهینه پرکننده (5/0 و 1 درصد وزنی) افزایش یافت. نتایج متناظر تراوش‌پذیری CH 4 ، N 2 ، O 2 و CO 2 غشا زمینه مرکب PEBAX2533 با 5/0 درصد وزنی از TCOF به ترتیب برابر با 14/21، 97/7، 93/18 و 84/231 بارر به ترتیب با درصدهای بهبود 17، 16، 20 و 29 نسبت به غشا خالص و برای زمینه مرکب PEBAX1657 به ترتیب برابر با 99/3 ، 84/1 ، 35/4 و 85/109 بارر به ترتیب با درصدهای بهبود 15، 27، 55 و 47 بوده‌است. مقادیر گزینش‌پذیری برابر با 11/29 CO 2 /N 2 = ، 97/10 CO 2 /CH 4 = و 38/2 O 2 /N 2 = به ترتیب با درصد بهبود 11، 10 و 3 برای PEBAX2533 و 70/59 CO 2 /N 2 = ، 65/28 CO 2 /CH 4 = و 35/2 O 2 /N 2 = به ترتیب با درصد بهبود 15، 33 و 23 برای PEBAX1657 بود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی