سامانه پليمري پلي‌وينيل الكل ـ گلوتارآلدهيد آغشته شده به دي‌اتيلن آمين به عنوان غشاهاي جداسازي

DEA-Impregnated Cross-Linked Polyvinyl Alcohol/Glutaraldehyde Polymeric Systems as CO2/CH4 Gas Separation Membranes

توسعه روش‌ها و فناوري‌هاي جديد براي حذف كربن دي‌اكسيد با كاربردهاي متفاوت از قبيل خالص‌سازي گاز سنتزي، شيرين‌سازي گاز طبيعي و جداسازي گازهاي گلخانه‌اي سهم قابل توجهي از پژوهش‌هاي انجام شده در زمينه ساخت غشاهاي پليمري را به خود اختصاص داده است. به‌كارگيري حامل‌هاي واكنش‌دهنده مناسب در شبكه پليمر، انحلال­پذيري و شدت جذب گاز كربن دي‌اكسيد را به مقدار قابل توجهي افزايش مي‌دهد. در غشاهاي انتقال تسهيل‌يافته، انتقال از غشا با توجه به واكنش برگشت‌پذير بين حامل‌هاي واكنش‌دهنده و جز گازي مدنظر، از نوع گزينشي بوده در حالي كه سازوكار انتقال گازهاي بي‌اثر (از نظر واكنش‌پذيري با حامل) نظير نيتروژن، هيدروژن و متان، انحلال- نفوذ است. در اين پژوهش، شبكه­داركردن غشاهاي پلي‌وينيل الكل حاوي ‌دي‌تانول آمين با استفاده از عامل شبكه­ساز گلوتارآلدهيد با تركيب درصدهاي مختلف (نسبت عامل شبكه‌ساز به پليمر برابر 0، 1، 3، 5 و %7) بررسي شده است. براي جلوگيري از آثار تداخلي اسيد و حلال در واكنش آمين و كربن دي­اكسيد اين آزمون‌ها در غياب كاتاليزور اسيدي و حلال آلي انجام شدند. شكل‌شناسي غشاهاي سنتز شده با استفاده از آزمون‌هاي DSC، FTIR و SEM بررسي شد. افزون بر اين، اثر مقدار عامل شبكه‌ساز، تركيب درصد و فشار خوراك بر خواص جداسازي كربن دي‌اكسيد - متان در حالت گاز خالص ارزيابي شده است. غشاهاي شبكه‌اي‌ شده گزينش‌پذيري كربن دي‌اكسيد- متان بيشتري را نسبت به نمونه شبكه‌اي نشده نشان داده‌اند. كربن دي‌اكسيد- متان بهترين نمونه غشاهاي تهيه شده/PTFE (wt %?)-PVA/GA DEA براي خوراك خالص13/91 بوده است

Developing new methods and technologies for CO2 removal with a variety of applications, such as purification of synthesis gas, natural gas sweetening, and greenhouse gas sequestration are nowadays carried out in research works involving polymeric membranes. By employing suitable reactive carriers into the membrane matrix, the solubility and absorption rate of the reactive gas (i.e., CO2) are enhanced. In facilitated transport membrane, the selective transport through the membrane occurs owing to a reversible reaction between the reactive carriers and the target gas, while in contrast the solution-diffusion is the dominant mechanism for permeation of inert gases such as CH4, N2 and H2. In this work, the cross-linking of diethanolamine (DEA)-impregnated polyvinyl alcohol (PVA) by glutaraldehyde (GA) with different blend compositions (GA/PVA: 0.5, 1, 3, 5, 7 ratio%) were performed in the absence of an acid catalyst and organic solvents in order to avoid any interference in CO2 facilitation reaction with DEA. The fabricated membranes were characterized by differential scanning calorimetry, Fourier transform infrared (FTIR) and scanning electron microscopy. Furthermore, the effects of cross-linking agent content and feed pressure on CO2/CH4 transport properties were investigated in pure gas experiments. Finally, the cross-linked membranes showed reasonable CO2/CH4 permselectivity indexes in comparison to uncross-linked membranes. The best-yield in CO2-selective membranes (DEA-PVA/GA (1 wt%)/PTFE) represented the best CO2/CH4 selectivity of 91.13 for pure gas experiments.