بررسی اثر نانوذرات آب‌گریز بر عملکرد تماس‌دهنده‌های غشایی الیاف توخالی پلی( وینیل‌کلرید) در جذب کربن دی‌اکسید

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 بهبهان، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا، دانشکده فنی و مهندسی، کد پستی 63963-65716

2 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، صندوق پستی 111-14115

3 بهبهان، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مکانیک، کد پستی 63963-65716

چکیده

فرضیه: تماس‌‌دهنده‌های غشایی الیاف توخالی یکی از فناوری‌های جدید و مؤثر در  کاهش آلودگی‌های حاصل از انتشار گاز کربن دی‌اکسید (CO2) در محیط‌زیست هستند. این تجهیزات به‌دلیل مزایای فراوانی که دارند جایگزین مناسبی برای روش‌های سنتی جذب گاز محسوب می‌شوند. با وجود این‌، ضمن داشتن مزایای مهم، تَرشدگی غشاهای پلیمری در اثر تماس با جاذب‌های مایع و به‌ویژه محلول‌های آمینی از معایب اصلی این تجهیزات به‌شمار می‌آید.
روش‌ها: در راستای کاهش مشکل ترشدگی غشاها، در پژوهش حاضر، غشاهای پلی( وینیل‌کلرید)  (PVC) خالص و ماتریس ترکیبی دارای نانوذرات کلسیم کربنات  (CaCO3)و نانوذرات سیلیکایی پیوندزنی‌شده با عامل متیل (Si-g- CH3)، به روش جدایی فاز با القای ضدحلال، برای کاربرد در فرایند جذب CO2 ساخته شدند. در این میان، ساختار و عملکرد غشاها با آزمون‌های مختلف بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد، با افزایش ترکیب‌درصد نانوذرات در داخل محلول پلیمری، اندازه حفره‌ها افزایش یافت. به‌طوری که غشاهای دارای %2 وزنی از نانوذرات دارای حفره‌های انگشتی بزرگ‌تری نسبت به سایر غشاهای بودند. همچنین با وجود، افزایش اندازه حفره‌های انگشتی، وجود نانوذرات در ساختار غشاهای ماتریس ترکیبی بهبود محسوسی را در استحکام کششی این غشاها در مقایسه با غشای خالص PVC ایجاد کرد. داده‌های مربوط به اندازه‌گیری زاویه تماس نیز نشان داد، غشاهای ماتریس ترکیبی دارای اندازه زاویه تماس بزرگ‌تری نسبت به غشای خالص PVC هستند. به‌طوری که غشای دارای 1.5 درصد وزنی از نانوذرات CaCO3 و غشای دارای %2 وزنی از نانوذرات سیلیکای پیوندخورده با گروه عاملی متیل دارای بیشترین اندازه زاویه تماس بودند.  آزمون جذب CO2 حاکی از این بود که در سرعت جاذب 250m/s، غشای ماتریس ترکیبی PVC/CaCO3 بیشترین شار جذب CO2 معادل mol/m2s  10-3×1.45 نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Hydrophobic Nanoparticles on the Performance of Poly(vinyl chloride) Hollow Fiber Membrane Contactors for Carbon Dioxide Absorption

نویسندگان [English]

  • Parya Amirabedi 1
  • Mahdi Elyasi Kojabad 1
  • Saba Raveshiyan 2
  • Masoud Dorfeshan 3
1 Department Chemical Engineering, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Postal Code: 65716-63963,Behbahan, Iran
2 Department of Chemistry Engineering, Tarbiat Modares University, P.O. Box:14115-111, Tehran, Iran
3 Department Mechanical Engineering, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Postal Code: 65716-63963, Behbahan, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Membrane contactors are one of the new and effective technologies to reduce the pollution resulting from the emission of carbon dioxide gas (CO2) in the environment. These equipments are considered a good alternative
to traditional gas absorption methods due to their many advantages. However, despite having important advantages, the wetting of polymer membranes due to contact with liquid absorbents and especially amine solutions is one of the main disadvantages of this equipment
Methods: In order to reduce the wetting problem of membranes, in the present study, pure poly(vinyl chloride) (PVC) membranes and mixed matrix membranes containing calcium carbonate nanoparticles and silica nanoparticles, grafted with methyl agent were fabricated by non-solvent induce phase separation method for use in the CO2 absorption process. In the meantime, the structure and performance of the membranes were investigated using different tests.
Findings: The results showed that the size of the pores increased with the increase in the percentage of nanoparticles in the polymer solution. So that, the membranes containing 2% (by wt) of nanoparticles had larger finger like pores than other membranes. Also despite the increase in the size of the finger like pores, the presence of nanoparticles in the structure of the mixed matrix membranes caused a noticeable improvement in the tensile strength of these membranes compared to the pure PVC membrane. In addition, the contact angle test showed that the mixed matrix membranes have a larger contact angle than the pure PVC membrane. Thus, the membrane containing 1.5% by wt) of CaCO3 nanoparticles and the membrane containing 2% (by wt) of silica nanoparticles grafted with methyl agent had the highest contact angle. In addition the CO2 absorption test indicated that at an absorbent velocity of 250 m/s, the PVC CO3 mixed matrix membrane exhibited the highest CO2 absorption flux, which was 1.45 × 10-3 mol/m2s.

کلیدواژه‌ها [English]

  • carbon dioxide
  • hollow fiber membrane contactor
  • wetting
  • PVC
  • mixed matrix membrane

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار