مروري بر روند توسعه و بهبود عملكرد غشاهاي پليمري به منظور جداسازي و استحصال هليم

A Review of the Trends of Development and Performance Improvement of Polymeric Membranes for Helium Separation and Extraction

هليم به دليل ويژگي­ هاي يگانه كاربردهاي گسترده‌اي به­ ويژه در حوزه­ هاي پزشكي، هسته ­اي و فضايي يافته است. در حال حاضر منبع اصلي و صنعتي هليم، گاز طبيعي است كه بايد حداقل داراي 0/05% مولي هليم باشد تا فرايند استخراج كه به­ طور عمده مبتني بر سرمايش است صرف ه­ي اقتصادي داشته باشد. به دليل برتري­ هاي بسيار فناوري غشايي، استخراج هليم توسط اين فناوري حدود نيم قرن است كه مورد مطالعه قرار گرفته است. برخي غشاهاي غيرآلي مانند سيليكا عملكرد مناسبي در جداسازي هليم از خود نشان داده‌اند اما هزينه‌ و پيچيدگي ­هاي ساخت و توسعه آن‌ها زياد است. در مقابل غشاهاي پليمري كم‌هزينه‌ترند و نياز به ارتقا و بهبود دارند تا عملكردشان به حد دلخواه برسد. دركنار ايجاد آميزه پليمري و به­كارگيري تركيب­ هاي پركننده غير آلي، از جمله مؤثرترين روش‌هاي بهبود عملكرد اين غشاها، سنتز غشاهاي كوپليمر مي‌باشد. همچنين سامانه‌ي پيشنهادي استفاده‌ي تركيبي از فناوري‌هاي سرمايشي، غشايي و جذب فشار نوساني مي تواند منجر به كاهش مصرف انرژي و هزينه‌ها ‌شود.

Due to its unique characteristics, helium gas has found widespread applications, particularly in medical, nuclear and space industries. At the present, natural gas is considered as the main industrial source of helium and should contain at least 0.05 mole% helium in order to make the extraction process which is primarily based on cryogenic economically available. Because of multiple advantages of membrane technology, helium extraction using membranes has been the subject of numerous studies for more than half a century. Some inorganic membranes such as silica have shown good performance for helium separation, but the fabrication of such membranes is costly and complicated. On the contrary, polymeric membranes are low-priced and require performance improvement through modifications. Besides blending and employment of inorganic fillers, one of the most effective ways to improve the performance of these membranes is the development of copolymeric membranes. In addition, a hybrid system comprising a combination of cryogenic distillation, membrane technology, and pressure swing adsorption can lead to lower energy consumption and costs