ساخت و مشخصه يابي غشاهاي توسعه يافته الياف توخالي پلي سولفون براي نمزدايي جريانات گازي در تماس دهنده غشايي گاز-مايع

Fabrication and characterization of developed polysulfone hollow fiber membranes for dehydration of gas streams via gas-liquid membrane contactor

در اين تحقيق، غشاهاي توسعه يافته الياف توخالي پلي سولفون (PSF) به روش جداسازي فازي ساخته شده اند. از افزودني هاي غيرحلال پلي اتيلن گلايكول (PEG) و پلي وينيل پيروليدن (PVP) جهت افزايش تخلخل غشاها در محلول پليمري استفاده شده است. غشاهاي ريز متخلخل در ماژول هاي تماس دهنده غشايي گاز-مايع قرار گرفتند و براي نمزدايي جريان گاز نيتروژن از تري اتيلن گلايكول (TEG) استفاده شده است. غشاها با بررسي تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، تست هاي تراوايي نيتروژن، درجه تخلخل كلي، فشار مرطوب شدن و فشار تخريب مشخصه يابي شدند. تصاوير SEM نشان داد كه غشاهاي توليد شده با افزودني هاي PVP و PEG داراي ساختاري بسيار متخلخل با حفره هاي بند انگشتي بيشتر و نازك تر در مقايسه با غشاي ساده مي باشند. نتايج تست تراوايي نيتروژن نشان داد متوسط اندازه حفره تقريبا 112 نانومتر و تراوايي كلي GPU 16900 براي غشاي توسعه يافته با PVP بدست آمده است. غشاي توسعه يافته با PVP داراي درجه تخلخل كلي تقريبي 76% مي باشد. غشاهاي توليد شده با افزودني ها به دليل تشكيل ساختاري با حفره هاي بند انگشتي نازك تر و لايه اسفنجي ضخيم تر داراي فشار تخريب بالاتري نسبت به غشاي ساده مي باشند. نتايج تست جذب رطوبت نشان داد، در شدت جريان مايع ml/min250، غشاي توسعه يافته با PVP داراي بيشترين ميزان شار جذب رطوبت (m3/m2 s 7-10× 6/6) مي باشد كه تقريبا 10% بيشتر از شار غشاي ساده و 5/6% بيشتر از شار جذب غشاي توليد شده باPEG مي باشد.

In the present study, developed polysulfone (PSF) hollow fiber membranes were fabricated via a phase-inversion process. In order to enhance the membrane porosity, non-solvent additives such as polyvinylpyrrolidone (PVP) and poly ethyleneglycol (PEG) were introduced into the polymer solutions. The prepared membranes were used in the membrane contactor modules for dehydration of nitrogen gas stream by triethylene glycol (TEG). The membranes were characterized in terms of scanning electron microscopy (SEM), nitrogen permeation, overall porosity, collapsing pressure and wetting pressure. From SEM analysis, the membranes prepared by PVP and PEG presented a porous structure with smaller finger-like cavities compared to the plain membrane. Results of gas permeation test showed that the developed PSF-PVP membrane had mean pore size of 112 nm and N2 permeance of 16900 GPU. Due to open structure of the PSF-PVP membrane, a good overall porosity of about 76% was obtained. The prepared membranes by PVP and PEG showed higher collapsing pressure due to the formation of smaller finger-likes and a thicker spongy sublayer. From dehydration test at liquid flow rate of 250 ml/min, the maximum vapor absorption flux of 6.6×10-7 m3/m2 s was achieved for the PSF-PVP membrane which was about 10% and 6.5% higher than the flux of the plain membrane and PSF-PEG membrane, respectively.