پديد آورنده :
شباني، عاطفه
عنوان :
اصلاح سطح غشاي پلي يورتان با عوامل جاذب دي اكسيد كربن به منظور بهبود جداسازي گاز دي اكسيد كربن از نيتروژن و هيدروژن
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
صنايع پليمر
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي شيمي
صفحه شمار :
ز، ۹۹ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مرتضي صادقي، احمد اسدي نژاد
توصيفگر ها :
غشا , پلي يورتان , تراوايي , گزينش پذيري , اصلاح شيميايي سطح , جاذب هاي CO2
استاد داور :
احمد محب، امير حسين نوارچيان
تاريخ ورود اطلاعات :
1397/05/15
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
چكيده فارسي :
1 چكيده غشاهاي پلييورتان به دليل تراوايي و گزينشپذيري مناسب قابليت ساخت فيلم و خواص مكانيكي مطلوب در صنعت جداسازي گاز مورد توجه قرار گرفته است فشار كم جريانهاي گاز دودكش و در نتيجه غلظت نسبتا پايين دي اكسيد كربن در خوراك ورودي به غشا يكي از مشكالت مهم در استفاده از غشاهاي پليمري به منظور جداسازي دي اكسيد كربن بوده است لذا دستيابي به غشاهايي با گزينشپذيري باالتر ضروري است در پژوهش حاضر اصالح سطح غشاي جداسازي گاز پلييورتان به كمك عوامل آميني جاذب گاز 2 CO به منظور افزايش تمايل سطح به جذب رقابتي گاز 2 CO نسبت به گازهاي 2 N و 2 H مورد بررسي قرار گرفت اصالح شيميايي طي دو مرحله مرحله اول اصالح به كمك دي ايزوسيانات و مرحله دوم به كمك آمينها انجام شد شرايط مرحله دوم اصالح به كمك آزمون ATR و زاويه تماس بهينه شد سه آمين مختلف با طول زنجير متفاوت و تعداد گروههاي آميني مختلف و آب به منظور اصالح شيميايي سطح استفاده شدند عالوه بر اين اثر حالل تولوئن نيز به صورت جداگانه بررسي شد نتايج آزمونهاي ATR زاويه تماس و بازده پيوندزني حاكي از اصالح سطح با راندمان مناسبي بود به طور مثال زاويه تماس نمونه اصالح شده با مولكول تري اتيلن تترا آمين تقريبا 07 درجه كاهش يافت در مورد نمونههاي اصالح شده با آمين حجم مولكول پيوند زده شده ميزان تورم پليمر در حضور هر آمين بازده پيوندزني غلظت نسبي گروههاي آميني ميزان جدايي فازي مقدار بلورينگي هر كدام از نمونهها و نوع و مقدار برهمكنش هر گاز با سطح اصالح شده بر ميزان تراوايي گازهاي مختلف و در نتيجه گزينشپذيري آنها اثر گذار بود گاز 2 CO قابليت تراكمپذيري و همچنين قطبشپذيري قابل توجهي نسبت به ساير گازها دارد لذا ضريب حالليت گاز 2 CO در نمونههاي اصالح شده با آمين با افزايش غلظت گروههاي آميني در نمونههاي مختلف تا 28 1 برابر براي نمونه PU TETA افزايش يافت از طرفي ضريب نفوذ گازهاي مختلف به دليل حضور مولكولهاي جديد بر روي سطح و ممانعتهاي ايجاد شده در اثر بلورينگي اليه سطحي اصالح شده كاهش يافت ميزان تورم غشا در فرآيند اصالح سطح نيز بر ضريب نفوذ نمونههاي اصالح شده با آمين تاثيرگذار بود تورم نمونه اصالح شده با دي اتيلن تري آمين به دليل نزديك بودن ضريب حالليت آن با غشا پلييورتان بيشتر بود لذا ضريب نفوذ آن نسبت به دو نمونه ديگر بيشتر بوده و تراواييهاي باالتري براي گازهاي مختلف داشته است به طور كلي گزينشپذيري ايدهآل كليه نمونههاي اصالح شده به غير از نمونه اصالح شده با آب از 51 تا 57 درصد افزايش يافت فرآيند واجذب گاز 2 CO از سطح نمونه اصالح شده با آب به دليل حضور مولكول آب ما بين زنجيرهاي پليمر و تشكيل اتصال قوي هيدرونيوم كربامات سختتر شده لذا گزينشپذيري ايدهآل نمونه اصالح شده با آب كاهش يافت گزينشپذيري مخلوط گازي 2 CO2 H تا 3 1 برابر در نمونه PU W افزايش داشته است يكي از عوامل تاثيرگذار بر گزينشپذيري مخلوط گازي كمك به واجذب گاز 2 CO توسط گازهاي خنثي 2 H و 2 N بود اين اثر در مورد نمونه اصالح شده با آب به دليل سختتر بودن فرآيند واجذب از گروه هيدرونيوم كربامات بيشتر بود از ديگر عوامل تاثيرگذار نرم شدگي اليه سطحي در اثر جذب رقابتي 2 CO بود نرم شدگي اليه سطحي به خصوص در آزمون گاز مخلوط 2 CO2 H به دليل افزايش 2 DCO2 DH و همچين افزايش 2 SCO2 SH منجر به بهبود گزينش پذيري گاز مخلوط نسبت به گاز خالص گرديد واژههاي كليدي غشا پلي يورتان تراوايي گزينشپذيري اصالح شيميايي سطح جاذبهاي 2 CO
چكيده انگليسي :
AbstractPolyurethane PU membranes with high permeability and selectivity properties good filmformation ability in addition to significant mechanical properties are promising materials for gasseparation industry Relatively low carbon dioxide concentration of incoming feed as result oflow flue gas pressure is one of the limitations in application of polymers membranes as CO2 gasseparation membranes Hence achievement of higher selective membrane is necessary In presentresearch in order to increase the tendency of PU surface membranes to adsorb CO2 in comparisonto H2 and N2 gases surface modification of polyurethane membrane by CO2 adsorbent agents wasstudied The chemical modification was carried out in two steps the first step was diisocyanatemodification and the second step modification with amines The second step conditions wereoptimized by ATR and contact angle tests For this purpose three amines with different numberof amine groups and chain length in addition to water were applied The effect of toluene assolvent was also determined separately ATR contact angle and grafting yield results indicatedhigh efficiency surface modification For example contact angle of Triethylenetetramine modifiedsample decreased about 70 degrees In amine modified samples grafted molecule volume amountof polymer swelling in the presence of each amine grafting efficiency relative concentration ofamine groups level of phase separation and crystallinity of each sample effected on thepermeability and selectivity of different gases Additionally the type and amount of interactionbetween each gas and modified surface was also affecting on the gas separation properties of themodified membrane In comparison to other gases CO2 has significant condensability andpolarizability therefore the CO2 solubility coefficient of amine modified samples increased withincreasing the concentration of amine groups in different samples As far as solubility of CO2 inPU TETA sample increased 1 82 times On the other hand the diffusivity coefficient of differentgases was reduced due to presence of new molecules on the surface and steric hindrance createdby the crystallinity of modified surface layer The membrane swelling in the surface modificationprocess also affected the penetration coefficient of amine modified specmens Diethylenetriaminemodified sample swelled more due to the closeness of its solubility parameter with thepolyurethane membrane Therefore its diffusion coefficient was higher than the other twomodified samples and had higher permeabilities for different gases Generally ideal selectivity ofall modified samples increased from 15 to 75 percent with the exception of water modified one Due to presence of water molecule between the polymer chains and formation of hydroniumcarbamate strong bonding the disorption process of CO2 from water modified surface becameharder and the ideal selectivity of water modified sample decreased CO2 H2 mixed selectivity ofPU W sample 1 3 times increased One of the factors affecting the selectivity of mixed gas wasaccelerating of desorption phenomena of CO2 by H2 and N2 gases This effect was more explicitfor water modified sample due to difficulty of CO2 disorption process from hydronium carbamategroup Plasticization of the surface layer because of competitive adsorption of CO2 was anothereffective factor The plasticization of the surface layer especially for CO2 H2 mixed gas test dueto DCO2 DH2 and SCO2 SH2 increasement resulted in improvement of selectivity of mixed gas incomparison to pure gas Keywords Membrane Polyurethane Permeability Selectivity Chemical surface modification
استاد راهنما :
مرتضي صادقي، احمد اسدي نژاد
استاد داور :
احمد محب، امير حسين نوارچيان
