ساخت غشاء نانو زئولیتی zsm-5 برای جداسازی گاز هیدروژن از مخلوط گازهای حاصل از فرایند ریفورمینگ با بخار آّب
چکیده
در این پژوهش ساخت غشاء زئولیتی zsm-5 و بررسی عبور پذیری گازهای هیدروژن، کربن مونوکسید، متان و نیتروژن از غشاء ساخته شده انجام شد. از ببن غشاء های زئولیتی، zsm-5 به علت دارا بودن انتخاب پذیری بالا و در عین حال تراوش پذیری متوسط برای مخلوط گازها، برای انجام آزمایشات انتخاب شد. برای ساخت غشاء زئولیتی zsm-5 ابتدا نانو ذرات خانواده mfi (silicalite-1) در اندازه های80 و 25 نانومتر سنتز شدند. در بخش سنتز نانو ذرات از روش سنتز دو دمایی استفاده شد و جهت افزایش راندمان سنتز، کاهش زمان سنتز و نیز کاهش مصرف ماده آلی قالب ساز، روش حرارت دهی مایکرویو مورد استفاده قرار گرفت. روش مایکرویو مورد استفاده در این پژوهش و ترکیب درصد مولی محلول سنتز نانو پودر، کاملاً منحصر به فرد بود. نانو پودر حاصله با به کارگیری آنالیز های مختلف از جمله xrd، ft-ir، edx ، sem و tem بررسی شد. نانو ذرات silicalite-1، در جوانه نشانی پایه های آلفا آلومینا به کار رفت و با استفاده از روش رشد ثانویه غشاء زئولیتی zsm-5 تهیه شد. سنتز غشاء زئولیتی به دو روش انجام شد: سنتز بدون استفاده از مواد آلی قالب ساز و سنتز غشاء لایه نازک با مصرف کم مواد آلی قالب ساز. ساختار غشاء های ساخته شده با استفاده از آنالیز های sem ، xrd و edx و عملکرد آن با استفاده از دستگاه آزمایش گازی مورد بررسی قرار گرفت. غشاء لایه نازک سنتز شده از ضخامتی در حدود mµ 2 برخوردار بود. از آن جا که نقش عواملی نظیر دما و فشار در میزان جداسازی توسط غشاء بسیار تاثیر گذارند، در انجام آزمایش های عبور گاز با تغییر سطوح این عوامل اثر آن ها بر عملکرد غشاء (عبور پذیری و انتخاب پذیری ایده آل ) مورد بررسی قرار گرفت. در هر آزمایش مدت زمان لازم برای عبور میزان مشخصی از دبی گاز اندازه گیری شد و توسط این داده ها میزان عبور پذیری گاز از معادلات مربوطه به دست آمد. نتایج جداسازی گازی نشان دادند که با افزایش دما، عبور پذیری گازهای خالص کاهش و انتخاب پذیری غشاء افزایش می یابد. افزایش فشار سبب کاهش ناچیز عبور پذیری گازهای خالص و نیز افزایش ناچیز انتخاب پذیری غشاء شد. آزمایش ها نشان دادند که با عملیات در فشار kpa 120 و دمای k 298 می توان به مقادیر مناسبی از عبور پذیری و انتخاب پذیری برای هیدروژن دست یافت. عبورپذیری به دست آمده در این شرایط با بهترین غشاء لایه نازک ساخته شده با ضخامت 2 میکرون، به ترتیب 10 -6 mol / m2 s pa 2.8× برای گاز هیدروژن و 10 -7 mol / m2 s pa 6.1× برای کربن مونوکسید بود. انتخاب پذیری ایده آل h2/co در این شرایط برابر با 4.59 به دست آمده است.