بررسي عملكرد غشاهاي متقارن و نامتقارن شبكه آميخته Matrimid/MIL-53 در جداسازي گاز دي اكسيدكربن از متان

The evaluation of symmetric and asymmetric Matrimid/MIL-53 mixed matrix membranes for CO2/CH4 separation

در اين تحقيق به بررسي اثر ذرات MIL-53، بر خواص غشاي ماتريميد در جداسازي دي اكسيدكربن/متان، پرداخته شده است. از MIL-53 كه يك چارچوب آلي فلزي با حفراتي با ساختار ويژه بوده و گزينش پذيري قابل توجهي نسبت به گاز دي-اكسيدكربن دارد، به عنوان افزودني استفاده شده است. به منظور بررسي ساختار غشاهاي شبكه آميخته با تركيب درصدهاي مختلف از ذرات MIL-53، غشاهاي مورد نظر به دو روش متقارن و نامتقارن ساخته شدند. ساختار مقطع عرضي غشاها با استفاده از تصاوير SEM مورد ارزيابي قرار گرفت و همچنين تراوايي هر يك از گازها سنجيده شد. تصاوير SEM نشان دادند كه برهم كنش مناسبي بين ذره و پليمر وجود داشته و ذرات از پراكندگي يكنواختي در شبكه پليمري برخوردار بودند. نتايج آزمون تراوايي گاز در هر دو نوع غشاي تهيه شده نشان داد كه افزايش درصد وزني MIL-53 موجب افزايش تراوايي و گزينش پذيري شده است. تراوايي گاز دي اكسيدكربن از GPU 056/0 در غشاي پليمري خالص متقارن به GPU 113/0 در غشاي شبكه آميخته متقارن حاوي 15% وزني از ذرات MIL-53افزايش يافت. همچنين گزينش-پذيري دي اكسيدكربن/متان در غشاهاي متقارن از رشد 85 درصدي برخوردار بود و به 8/51 رسيد. نتايج نشان دادند كه متان و دي اكسيدكربن در غشاهاي شبكه آميخته نامتقارن از تراوايي بسيار بالاتر و در حدود 100 برابر مقادير متناظر در غشاهاي متقارن برخوردار بودند.

In this study, the effect of MIL-53 particles on CO2/CH4 separation of Matrimid was investigated. MIL-53 used as an additive due to its especial pore structure and considerable selectivity respect to CO2. For the purpose of mixed matrix membrane structure with different weight percent of MIL-53 on CO2/CH4 separation, membranes fabricated with symmetric and asymmetric structure. Morphology of membranes studied with cross sectional SEM images and a performance of membranes in gas separation evaluated through permeability measurement. SEM images showed that a proper compatibility between particles and polymer along with proper dispersion of particles within polymer matrix were achieved. Results from gas permeation test demonstrated that increasing in weight percent of MIL-53 in membranes led to the permeability and selectivity enhancement. Moreover, permeability results showed that the CO2 permeability was increased from 0.056 GPU in neat symmetric membrane up to 0.113 GPU in mixed matrix membrane that containing 15 wt. % of MIL-53 particles. CO2/CH4 selectivity also increased 85% compared to neat membrane and reached to 51.8. In addition, permeability results illustrated that the gases permeability in asymmetric membranes was 100 times higher than those in symmetric membranes.