تولید غشای کامپوزیت پلی‌اترایمید/ 8-ZIF برای جداسازی دی‌اکسید کربن از متان

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان
شیوا فلاحتی 1
امید علیزاده 2
مسعود مختاری 3
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه شیمی و مهندسی شیمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
2 استادیار، گروه شیمی و مهندسی شیمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
3 استاد، گروه شیمی و مهندسی شیمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
20.1001.1/jgt.2024.2022467.1034
چکیده
در این مطالعه، غشای کامپوزیت پلی‌اترایمید/ 8-ZIF به روش ریخته‌گری حلال تولید شد. طیف‌سنجی فوریه تبدیل مادون‌قرمز – بازتاب کاهش‌یافته (FTIR-ATR) غشای تهیه‌شده تأیید کرد که گروه‌های عاملی پلی‌اترایمید وجود دارند. پراش اشعه ایکس (XRD) نشان داد که ذرات افزودنی به‌خوبی در پلیمر پخش شده است که منجر به کاهش بلورینگی غشا شد. پراش اشعه ایکس پراکنده انرژی (EDAX) وجود و پخش مناسب ذرات روی در غشا را تأیید کرد. در نهایت، نتایج آزمون‌های عبور نشان داد که افزودن ZIF-8 به غشا به‌طور قابل‌توجهی میزان عبور و انتخاب‌پذیری آن را افزایش داده است. عبور غشای کامپوزیت برای گاز دی‌اکسید کربن GPU ۵.۹۱ بود، بیش از دو برابر غشای پلی‌اِتریمید خالص. علاوه بر این، عبور گاز متان GPU ۰.۳۱ بود که نشان‌دهنده بهبود قابل‌توجهی نسبت به نفوذیت غشای خالص با عبور GPU۰.۱۷ بود. همچنین، انتخاب‌پذیری دی‌اکسید کربن/متان هم از ۱۵.۳ در غشای خالص به ۱۹.۱ در غشای کامپوزیت افزایش یافت. در نتیجه، این مطالعه نشان داد که افزودن 8-ZIF به ماتریس پلی‌اِتریمید می‌تواند کارایی غشای کامپوزیت حاصل را در جداسازی CO2 از CH4 بهبود بخشد. این بهبود انتخاب‌پذیری را می‌توان بیش از همه به افزایش ضریب حلالیت دی‌اکسید کربن نسبت به متان در غشای کامپوزیت ارتباط داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

  1. Azizi, N., Mohammadi, T. and Behbahani, R. M., 2017. Synthesis of a new nanocomposite membrane (PEBAX-1074/PEG-400/TiO2) in order to separate CO2 from CH4. J. Nat. Gas. Sci. Eng., 37, 39. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.11.038
  2. Bergaoui, M., Khalfaoui, M., Awadallah, F. A. and Al-Muhtaseb, S., 2021. A review of the features and applications of ZIF-8 and its derivatives for separating CO2 and isomers of C3-and C4-hydrocarbons. J. Nat. Gas Eng., 96, 104289. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2021.104289
  3. Chen, B. K., Su, C. T., Tseng, M. C. and Tsay, S. Y., 2006. Preparation of Polyetherimide Nanocomposites with Improved Thermal, Mechanical and Dielectric Properties. Polym. Bull., 57 (5), 671. http://dx.doi.org/10.1007/s00289-006-0630-3
  4. Dorosti, F., Omidkhah, M. and Abedini, R., 2014. Fabrication and characterization of Matrimid/MIL-53 mixed matrix membrane for CO2/CH4 separation. Chem. Eng. Res. Des., 92 (11), 2439. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2014.02.018
  5. Eiras, D., Labreche, Y. and Pessan, L. A., 2016. Ultem®/ZIF-8 Mixed Matrix Membranes for Gas Separation: Transport and Physical Properties. Mater. Res., 19 (1), 220. https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2015-0621
  6. Ma, Y., Sun. Y., Yin, J., Sun, H., Wu, H. and Wang, H., 2019. A MOF membrane with ultrathin ZIF-8 layer bonded on ZIF-8 in-situ embedded PSf substrate. J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 104, 273. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2019.08.012
  7. Murali, R. S., Sridhar S., Sankarshana, T. and Ravikumar, Y. V. L., 2010. Gas Permeation Behavior of Pebax-1657 Nanocomposite Membrane Incorporated with Multiwalled Carbon Nanotubes. Ind. Eng. Chem. Res., 49 (14), 6530. http://dx.doi.org/10.1021/ie9016495
  8. Perez, E. V., Balkus, K. J., Ferraris, J. P. and Musselman, I. H., 2009. Mixed-matrix membranes containing MOF-5 for gas separations. J. Membr. Sci., 328(1-2), 165. http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2008.12.006
  9. Rahman, S. N., Saleem, H. and Zaidi, S. J., 2023. Progress in membranes for pressure retarded osmosis application. Desalination., 549, 116347. http://dx.doi.org/10.1016/j.desal.2022.116347
  10. Setiawan, W. K. and Chiang, K. Y., 2019. Silica applied as mixed matrix membrane inorganic filler for gas separation: a review, Sustain. Environ. Res., 29 (1), 1. https://doi.org/10.1186/s42834-019-0028-1
  11. Singh, K., Devi, S., Bajaj, H. C., Ingole, P., Choudhari, J. and Bhrambhatt, H., 2014. Optical Resolution of Racemic Mixtures of Amino Acids through Nanofiltration Membrane Process, Sep. Sci. Technol., 49 (17), 2630. https://doi.org/10.1080/01496395.2014.911023
  12. Vega, J., Andrio, A., Lemus, A. A., Díaz, J. A. I., del Castillo, L. F., Gavara, R. and Compañ, V., 2019. Modification of polyetherimide membranes with ZIFs fillers for CO2 separation. Sep. Purif. Technol., 212, 474. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.11.033
  13. Xia, W., Zhu, J., Guo, W., An, L., Xia, D. and Zou, R., 2014. Well-defined carbon polyhedrons prepared from nano metal–organic frameworks for oxygen reduction. J. Mater. Chem. A., 2 (30), 11606. http://dx.doi.org/10.1039/C4TA01656D