16385

1708 دكتري

دكتري

مهندسي شيمي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1399

هفده، 130ص. : مصور، جدول، نمودار

محمد قريشي، جواد كريمي ثابت

اميرحسين نوارچيان، محمد ديناري، مرتضي صادقي

1399/12/23

كتابنامه

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

1400/01/14

2683788

چكيده در زمينه استفاده از غشاهاي پليمري براي جداسازي گازها افزايش بازده غشاها افزايش همزمان تراوايي و گزينش پذيري يكي از مسئلههاي مهم در پژوهش هاي مربوط به دانش و فناوري غشايي است يكي از روشهاي عملي و مهم براي پيشرفت عملكرد اين غشاها شركت دادن پركنهاي مختلف داخل شبكه غشاي پليمري است در اينجا به علت اهميت استخراج هليم از گازطبيعي به جداسازي هليم از متان و نيتروژن با استفاده از غشاهاي شبكه مركب پرداخته شده است بدين منظور دو چارچوب فلز آلي Cu BTC و Cu BDC با ريختشناسيها و همچنين اندازه ذرههاي مختلف تهيه و با پليمر ماتريميد تركيب شدند براي ارزيابي ساختار غشاها و همچنين MOF هاي تهيه شده آزمونهاي مختلفي همچون SEM BET XRD DSC TGA AFM TEM و اندازهگيري چگالي بهكار گرفته شد با اضافه كردن پركنها به شبكه پليمر دماي انتقال شيشهاي غشاها افزايش يافت كه ناشي از سفتشدگي زنجيرها در اثر برهمكنشهاي مناسب بين ذرهها و پليمر ميباشد همچنين كاهش حجم آزاد جزئي و افزايش پايداري حرارتي غشاها با افزودن پركنها مشاهده شد با افزودن پركنهاي تودهاي Cu BTC و Cu BDC به شبكه ماتريميد مقادير تراوايي هليم و همچنين گزينشپذيريها بهبود يافت و بهترين عملكرد در غشاي با 03 درصد وزني از ذرههاي Cu BDC با تراوايي هليم 8 16 بارر و گزينشپذيريهاي 4 He CH برابر با 9 752 و 2 He N برابر با 4 391 به دست آمد كه در مقايسه با مقادير ماتريميد خالص رشد زيادي داشت و به خط رابسون نزديك شد براي بهبود عملكرد ذرههاي Cu BTC اندازه اين پركن ها تا زير يك ميكرون كاهش پيدا كرد و نتايج غشاها تا بارگذاري 04 درصد افزايش قابل توجهي را نشان داد بهطوريكه گزينشپذيريهاي 4 He CH و 2 He N نسبت به ماتريميد 181 و 961 درصد رشد داشتند تركيب پركنهاي ورقهاي Cu BDC با ماتريميد باعث شد كه بر خالف ذرههاي تودهاي خواص غربال مولكولي در بارگذاريهاي پايين تشديد شود و گزينشپذيريها افزايش شديدي پيدا كنند براي نمونه در بارگذاري 51 درصد گزينشپذيريهاي 4 He CH و 2 He N به ترتيب 014 و 7 143 به دست آمد كه نسبت به ماتريميد 212 و 642 درصد افزايش داشت در غشاهاي حاوي ذرههاي ورقهاي بهدليل انباشت ورقه ها با افزايش بارگذاري تراوايي هليم به مرور كاهش پيدا كرد و باعث شد كه عملكرد نهايي غشا پايين خط رابسون قرار گيرد براي حل اين مشكل در قسمت آخر غشاهاي شبكه مركب با ذرههاي ورقهاي Cu BDC و پليمر تراواي 6FDA DAM تهيه شدند و نتايج حاصل شده در بارگذاري 51 درصد بهترين عملكرد را در بين كل غشاهاي تهيه شده نشان داد در اين بارگذاري گزينشپذيري 4 He CH و 2 He N به ترتيب 8 903 و 8 442 به دست آمد كه در مقايسه با غشاي 6FDA DAM خالص 0752 و 9132 درصد ارتقا يافت و عملكرد غشا با دارا بودن تراوايي هليم 7 464 بارر از خط رابسون 8002 عبور پيدا كرد كلمات كليدي غشاهاي شبكه مركب جداسازي هليم چارچوبهاي فلز آلي اثر ريختشناسي ذرهها ماتريميد هف ت شانزده

129 Experimental Study of the Relationship Between Morphology and Microstructure of MOF in Matrimid Matrix to Improve Helium Separation From Methane Ali Akbari Choubar Date of Submission 2018 05 20 Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree Ph D Language FarsiSupervisors Seyyed Mohammad Ghoreishi Javad Karimi SabetAbstract In the field of using polymeric membranes for gas separation increasing membrane efficiency simultaneous increase of permeability and selectivity is one of the important issues in research related tomembrane science and technology One of the practical and important ways to improve the performance ofthese membranes is incorporation of different fillers into the polymer membrane matrix Due to the magnitudeof extracting helium from natural gas the separation of helium from methane and nitrogen using mixed matrixmembranes is discussed here For this purpose two metal organic frameworks Cu BTC and Cu BDC wereprepared with different morphologies as well as particle sizes and combined with Matrimid polymer Varioustests such as XRD BET SEM TEM AFM TGA DSC and density measurements were used to evaluate thestructure of membranes as well as the prepared MOFs By adding fillers to the polymer matrix the glasstransition temperature of the membranes increased which is due to the stiffness of the polymeric chains as aresult of proper interactions between the particles and the polymer Also a decrease in fractional free volumeand an increase in thermal stability of membranes were observed by adding fillers By adding Cu BTC andCu BDC bulk fillers to the Matrimid matrix helium permeability values as well as selectivity were improvedand the best performance in a membrane with 30 of Cu BDC particles having helium permeability 61 8Barrer and selectivity He CH4 equals 257 9 and He N2 equals 193 4 which was a large increase compared tothe values of pure Matrimid and approached the Robson line To ameliorate the performance of Cu BTCparticles the size of these fillers was reduced to less than one micron and the membrane results showed asignificant increase of up to 40 loading so that the selectivity of He CH 4 and He N2 developed by 181 and 169 respectively The combination of Cu BDC sheet fillers with Matrimid intensified the molecularsieve properties at low loads unlike bulk particles and greatly increased selectivity For example at 15 loading the selectivities of He CH4 and He N2 were 410 and 341 7 respectively which increased by 212 and246 compared to Matrimid In membranes containing sheet particles helium permeability graduallydecreased due to the accumulation of sheets causing the final performance of the membrane to be below theRobson line To solve this problem in the last part mixed matrix membranes with Cu BDC sheet particlesand 6FDA DAM permeable polymer were prepared and the results obtained at 15 loading showed the bestperformance among all the prepared membranes In this loading the selectivity of He CH 4 and He N2 was309 8 and 244 8 respectively which improved by 2570 and 2319 compared to pure 6FDA DAMmembrane and the membrane performance with helium permeability was 464 7 Barrer crossed the RobsonLine 2008 Keywords Mixed Matrix Membranes MMMs Helium Separation Metal OrganicFrameworks MOFs Effect of Particles Morphology Matrimid

محمد قريشي، جواد كريمي ثابت

اميرحسين نوارچيان، محمد ديناري، مرتضي صادقي