بررسي و مشخصه يابي غشاي زمينه مركب پلي يورتاني بر پايه نانوذرات آلوميناي اصلاح شده با كيتوسان به منظور جداسازي CO2

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پليمر

كارشناسي ارشد

چكيده غشاهاي پليمري جداسازي گاز بهترين رويكرد براي جدا سازي كربن دي‌اكسيد از مخلوط‌هاي گازي و كاهش اثرات زيست محيطي نامطلوب آن محسوب مي‌شوند. غشاهاي زمينه مركب كه با افزودن پركننده‌هاي غيرآلي به بسترهاي پليمري ايجاد مي‌شوند يك انتخاب عالي براي جداسازي گاز كربن دي‌اكسيد مي‌باشند. با در نظر گرفتن اين موضوع، در اين پژوهش، غشاهاي جداسازي گاز زمينه مركب بر پايه پلي‌يورتان و نانوذرات آلوميناي اصلاح شده با كيتوسان تهيه و مشخصه‌يابي شده‌ است. براي اين منظور ابتدا پلي‌يورتان بر پايه پلي‌ال پلي(تترا متيلن اتر) گليكول‌ (PTMG)، دي‌ايزوسيانات ايزوفورون دي ايزوسيانات (IPDI) و زنجيره گسترنده بوتان دي‌ آمين (BDA) سنتز شده است. زنجيره‌هاي كيتوسان به كمك ماده واسطه [3-(2، 3-اپوكسي پروپوكسي) پروپيل] تري متوكسي سيلان (EPO) به سطح نانوذرات آلومينا اتصال يافته است، سپس غشاهاي زمينه مركب پلي‌يورتان/نانوذرات آلوميناي اصلاح شده با كيتوسان داراي مقادير مختلف نانوذرات تهيه شدند. آزمون‌هاي متعددي شامل FTIR، EDX، XRD، SEM و ... روي نانوذرات اصلاح شده و غشاهاي زمينه مركب انجام شد. نتايج FTIR، EDX و XRD نانوذرات اصلاح شده با كيتوسان، وجود پيك‌هاي مشخصه كيتوسان در نانوذرات اصلاح شده را تصديق كرد. تصاوير SEM نشان داد نانوذرات آلوميناي اصلاح شده با كيتوسان كاملاً كروي و با قطر حدود 98 نانومتر هستند. نتايج FTIR غشاهاي زمينه مركب نشان داد افزايش نانوذرات تا 5 درصد سبب افزايش 15 درصدي جدايي فازي نسبت به پلي‌يورتان خالص مي‌شود ولي افزايش بيشتر مقدار نانوذرات جدايي فازي را كاهش مي‌دهد. نتايج SEM غشاهاي زمينه مركب نشان داد نمونه‌ها داراي ساختار متراكم هستند و تا 9 درصد نانوذره، نانوذرات به‌خوبي در زمينه پليمري توزيع مي‌شوند، اما با افزايش بيشتر مقدار نانوذرات، نانوذرات تجمع كرده و عيوب ساختاري در غشاهاي زمينه مركب ظاهر مي‌شوند. نتايج EDX غشاهاي زمينه مركب نشان داد در غشاهاي حاوي 12 درصد از نانوذرات، توزيع غيريكنواخت و تجمع نانوذرات آلومينا در زمينه پلي‌يورتان روي مي‌دهد. نتايج DSC نشان داد افزودن نانوذرات سبب افزايش دماي گذار شيشه‌اي پلي‌يورتان مي‌شود. نتايج TGA نشان داد افزودن 9 درصد نانوذرات سبب افزايش پايداري حرارتي پلي‌يورتان مي‌شود. نتايج آزمون تراوايي و انتخاب پذيري غشاهاي زمينه مركب نشان داد افزايش مقدار نانوذرات سبب كاهش تراوايي مولكول‌هاي گازي N2، O2 و CH4 و افزايش تراوايي مولكول CO2 مي‌شود. هم‌چنين افزودن نانوذرات به‌پلي‌يورتان و افزايش مقدار آن‌ها سبب افزايش انتخاب پذيري تركيبات گازي CO2/N2 و CO2/CH4 مي‌شود. با افزايش نانوذرات به 9 درصد تراوايي CO2، انتخاب پذيري CO2/N2 و انتخاب پذيري CO2/CH4 به‌ترتيب 31، 48 و 42 درصد نسبت به پلي‌يورتان خالص افزايش مي‌يابد. در ميان غشاهاي زمينه مركب ، غشا با 9 درصد نانوذره با تراوايي CO2 و گزينش¬پذيري CO2/N2 به ترتيب برابر 77 برر و 25، نسبت به ساير نمونه‌ها به خط رابسون نزديك‌تر است و عملكرد جداسازي گاز بهتري را دارا است. واژه‌هاي كليدي: جداسازي كربن دي‌اكسيد، غشاي زمينه مركب، پلي‌يورتان، نانوذرات آلومينا، كيتوسان

230443

فرآورش

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان