تاثير نانو ذرات سيليكا بر كارايي غشاي پليمري آلياژي ABS/PVAc براي جداسازي هليم از متان

يكي از روش‌هاي عملي و مهم در زمينه بهبود عملكرد غشاهاي پليمري جداسازي گازها، افزودن مواد معدني در شبكه پليمر و ايجاد غشاي شبكه آميخته است. در اين پژوهش، نخست اثر افزودن مقادير مختلف پلي وينيل استات (PVAc) در تركيب با اكريلونيتريل-بوتادين-استايرن (ABS) براي تشكيل غشاي آلياژي ABS/PVAc به منظور جداسازي گاز هليم از متان، بررسي شد. سپس، با انتخاب مطلوب ترين تركيب غشايي از نظر تراوايي هليم و گزينش پذيري آن نسبت به متان، اثر افزودن مقادير مختلف نانو ذرات سيليكا در شبكه اين غشا بررسي شد. نتايج نشان داد كه با افزودن 3 درصد وزني نانو ذره سيليكا به غشاي آلياژي ABS/PVAc(20%) تغييرات قابل توجهي در مقدار تراوايي هليم (از 3/6 به 59 بارر) ايجاد شد. اين در حالي است كه ميزان گزينش پذيري از 45 به 2/6 كاهش يافت. در گام آخر براي اصلاح گزينش پذيري، اثر سازگاركنندگي لاستيك استايرن بوتادين (SBR) با افزودن 15-3 % وزني از آن به غشاي شبكه آميخته ABS/PVAc(20%)/SiO2(3%) آزموده شد. در نهايت مشخص شد كه غشاي محتوي 15 درصد وزني SBR، با ميزان تراوايي 42 بارر براي هليم و گزينش پذيري 52 نسبت به متان، داراي مطلوب ترين خواص جداسازي مي-باشد. همچنين با تغيير فشار از 1 به 8 بار، مقدار تراوايي تا فشار 4 بار كاهش يافت و در فشارهاي بيشتر از آن تغيير قابل توجهي در مقادير تراوايي مشاهده نشد.

One of the most important and practical methods of improving performance of polymeric membranes for gas separation is the incorporation of inorganic fillers into polymeric membrane matrix. In present study, first, the influence of different amounts of PVAc in the ABS/PVAc blend membranes in the separation of helium from methane was investigated. Then, using the best composition in case of the He permeability and He/CH4 selectivity, the effect of addition of silica nanoparticles into the membrane was studied. The results showed that addition of 3 wt% silica nanoparticles in the ABS/PVAc(20%) blend membrane, increases He permeability (from 6.3 to 59 barer), while selectivity of membrane reduces from 45 to 6.2. In order to modify selectivity, compatibilizing effect of SBR was examined adding 5-15 wt% SBR into the ABS/PVAc/SiO2(3%) membrane. It was found that the membrane with 15% SBR loading, with the He permeability of 42 barer and the He/CH4 selectivity of 52, has the best separation performance. Furthermore, He permeability decreased with increasing pressure from 1 to 4 bar, then it did not changes considerably with elevating pressures.