ساخت، تست و بهبود عملکرد غشاهای پلیمری به منظور حذف رطوبت از گاز طبیعی
چکیده
در این مطالعه، استفاده از مفهوم ماتریس مخلوط جهت ساخت غشاء با هدف نم زدایی از گاز طبیعی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، پلیمر پلی سولفون (psf) به عنوان فاز پیوسته و زئولیت نوع a به دلیل آب دوستی بالا به عنوان فاز پراکنده جهت ساخت غشاء استفاده شد. چسبندگی سطحی بین فازهای آلی و معدنی از طریق اعمال دمای بالا در مرحله ساخت غشاء حاصل شد. نتایج آنالیز sem نشان می دهند که می توان به این روش غشاهای ماتریس مخلوط فاقد حفرات غیرانتخاب گر با بار 25% وزنی تولید کرد. در حالت خوراک خشک، افزودن زئولیت 3a به ماتریس پلیمری بدون بهبود انتخاب گری غشاء، منجر به کاهش تراوایی هر دو گاز ch4 و co2 می شود. عدم تغییر در انتخاب گری مربوط به فعال نشدن خاصیت غربال گری این نوع زئولیت (اندازه حفرات ? 3) می باشد. از طرف دیگر، زئولیت های 4a (اندازه حفرات ? 8/3) و 5a (اندازه حفرات ? 5/4) به دلیل خاصیت غربال گری منجر به افزایش انتخاب گری co2/ch4 شدند. با این وجود، به دلیل سخت شدن زنجیره های پلیمری، کاهش تراوایی غشای ماتریس مخلوط در مقایسه با غشای پلیمری خالص همچنان مشاهده شد. حضور بخار آب در خوراک می تواند از طریق پلاستیکی کردن ماتریس پلیمری منجر به تغییر عملکرد جداسازی غشاء شود. در مورد غشای پلیمری خالص، حضور 90% رطوبت در خوراک منجر به افزایش تراوایی ch4 تا بیش از دو برابر، و کاهش انتخاب گری co2/ch4 به حدود نصف می شود. افزودن زئولیت به ماتریس پلیمری می تواند از طریق سخت تر نمودن زنجیره های پلیمر از شدت متورم شدن غشاء بکاهد و از این طریق منجر به بهبود عملکرد جداسازی غشای ماتریس مخلوط در مقایسه با غشای پلیمری خالص شود. در نتیجه، مقادیر کمتر تراوایی و بیشتر انتخاب گری برای غشای ماتریس مخلوط در مقایسه با غشای پلیمری خالص مشاهده شد. تراوایی غشاهای ماتریس مخلوط تابع نوع زئولیت مورد استفاده می باشد. در مورد غشاهای ماتریس مخلوط حاوی زئولیت 3a، کاهش تراوایی بخار آب نسبت به غشای پلی سولفونی مشاهده شد. این در حالی است که زئولیت 5a به دلیل اندازه حفرات بزرگتر قادر به افزایش تراوایی بخار آب پلیمر پلی سولفونی شد. از طرف دیگر، افزودن زئولیت 4a اثر قابل ملاحظه ای بر تراوایی بخار آب ندارد که نشان می دهد مزیت ظرفیت جذب بالای بخار آب در این زئولیت ممکن است تحت تأثیر مقاومت نفوذی اعمال شده به مولکول های آب در نتیجه ی اندازه حفرات کوچک زئولیت خنثی شود. با این وجود، در تمام موارد انتخاب گری بخار آب/گاز برای غشاهای ماتریس مخلوط از مقدار متناظر آن برای غشای پلی سولفونی بیشتر به دست آمد.