Investigation the Effect of Nanocomposite Material on Permeation Flux of Polyerthersulfone Membrane using a Mathematical Approach

غشا ‌هاي نامتقارن پوسته‌اي يكپارچه، بر اساس نانوكامپوزيت پلي‌اترسلفون توسط فرآيند جداسازي CO2 فوق‌بحراني به عنوان يك غيرحلال براي يك محلول پليمر تهيه شده‌اند. در اين پژوهش، اثرات دما و نانوذرات بر عملكرد انتخابي و نفوذپذيري گازها مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين نشان داده شده است كه حضور نانوذرات سيليكا نه تنها بسته‌بندي زنجيره‌اي پليمر اصلي را مختل مي‌كند، بلكه باعث ايجاد تغييرات شيميايي پانسيون‌ها در ماتريس‌هاي پلي‌يورتسولفون مي‌شود. به‌دليل حضور هيدروفيليك سيليكا ، CO2 پركننده وابستگي، پيوند هيدروژن فعل و انفعالات بين اتم‌هاي اكسيژن از دي‌اكسيدكربن و اتم‌هاي هيدروژن از گروه هيدروكسيل روي سطح نانوسيليكا در پيوند اتفاق مي‌افتد و بنابراين حل‌پذيري و در نتيجه نفوذپذيري به سمت CO2 در مقايسه با CH4 براي غشا ‌ها بيشتر است. علاوه بر اين، در مطالعه حاضر، يك رويكرد رياضي جديد پيشنهاد شده است تا يك مدل جديد براي شار نفوذي و عملكرد انتخابي از غشا اي كه تحت پشتيبان ماشين برداري استفاده مي‌شود، توسعه يابد. SVM براي توسعه مدلي به منظور تخمين فرآيند متغيرهاي خروجي از يك غشا نانوكامپوزيت كه شامل شار نفوذي و عملكرد انتخابي است، به‌كار گرفته مي شود. توسعه مدل كه شامل آموزش، بهينه‌سازي و آزمايشي كه به ترتيب براي 80 درصد، 10 درصد انتخاب تصادفي و 10 درصد متغير ها به كار مي‌رود، انجام شد. . نتايج آزمايش بر اساس مدل SVM نشان‌دهنده توافق بهتري با داده‌هاي تجربي در مقايسه با ساير مدل‌هاي رياضي پيشرفته است. كمترين مقدار همبستگي مربعي محاسبه‌شده براي فرآيند تخمين متغيرها برابر 0.99 مي باشد. بر اساس نتايج اين نمونه مطالعه SVM ثابت كرد كه اين روش تخمين، دقيق و قابل اعتماد است.

Integrally skinned asymmetric membranes based on nanocomposite polyethersulfone were prepared by the phase separation process using the supercritical CO2 as a nonsolvent for the polymer solution. In present study, the effects of temperature and nanoparticle on selectivity performance and permeability of gases has been investigated. It is shown that the presence of silica nanoparticles not only disrupts the original polymer chain packing but also alters the chemical affinities of penetrants in polyethersulfone matrices. Because, in the presence of hydrophilic silica, CO2 affinity filler, hydrogen-bond interactions between the oxygen atoms of carbon dioxide and the hydrogen atoms of hydroxyl group on the nanosilica surface would take place at the interface and thus solubility and consequently permeability towards CO2 are higher in comparison with CH4 for the membranes. Furthermore, in present study, a novel mathematical approach has been proposed to develop a model for permeation flux and selectivity performance of the membrane using Support Vector Machine. SVM is employed to develop model to estimate process output variables of a nanocomposite membrane including permeation flux and selectivity performance. Model development that consists of training, optimization and test was performed using randomly selected 80%, 10%, and 10% of available data respectively. Test results from the SVM based model showed to be in better agreement with operating experimental data compared to other developed mathematical model. The minimum calculated squared correlation coefficient for estimated process variables is 0.99. Based on the results of this case study SVM proved that it can be a reliable accurate estimation method.