اثر چارچوب هاي فلزي - آلي MIL 53 عامل دار شده با آمين بر عملكرد غشاي پلي (4-متيل-1-پنتين) در جداسازي مخلوط گازهاي CH4 و CO2

Effect of Amine-Functionalized MIL 53 Metal Organic Frameworks on the Performance of Poly(4-methyl-1-pentyne) Membrane in CO 2 /CH Mixed Gas Separation

در اين پژوهش، اثر چارچوب هاي فلزي-آلي (MOF) NH2-MIL 53 بر خواص گاز تراوايي غشاي پليمري پلي (4-متيل-1-پنتين)، PMP بررسي شده است. از روش هاي مختلفي نظير DSC، FTIR، SEM و آزمون جذب گاز به همراه آزمون جداسازي CO2/CH4 به حالت گاز خالص و مخلوط گازي براي بررسي آثار گروه عاملي -NH2 بر خواص غشاهاي شبكه تركيبي بهره گرفته شد. نتايج حاصل از DSC نشان دهنده افزايش دماي انتقال شيشه اي (Tg) غشاها به ازاي ازدياد درصد وزني ذرات بوده است. همچنين، تصاوير SEM نمايانگر پخش مناسب و تقريباً يكنواخت ذرات در ماتريس پليمري بوده كه عاري از تجمع قابل توجه ذرات است. آزمون جذب گاز از ذرات NH2-MIL 53 نشان داد، اين ذرات، جذب كاملاً گزينشي نسبت به Co2 داشته اند كه ناشي از برهمكنش بين CO2 و ذرات افزودني بوده است. افزون بر اين، وجود ذرات NH2-MIL 53 منجر به افزايش تراوايي گازها (به ويپه CO2) و گزينش پذيري CO2/CH4 شد. با افزودن wt%30 از ذرات NH2-MIL 53 به غشاي شبكه تركيبي، تراوايي CO2 و گزينش پذيري CO2/CH4 در مخلوط گازي به ترتيب از Barrer 83/35 به Barrer 210/21 و از 61/7 به 88/19 افزايش يافت. افزايش دما در آزمون تراوايي گازها از C°30 به C°60 باعث افزايش تراوايي هر دو گاز CO2 و CH4 در مخلوط گازي شد، در حالي كه گزينش پذيري CO2/CH4 كاهش يافت. افزون بر اين، نتايج حاصل از عملكرد گروه هاي آميني نشان داد، اين گروه ها به بازيابي نياز نداشته و عملكرد آنها در طول h120 آزمون تراوايي افت نكرده است. مقايسه يبن داده هاي تراوايي با مدل هاي مرسوم تراوايي نشان داد، مدل برگمن نسبت به مدل هاي ماكسول و لويس از تقريب بهتري در داده هاي تراوايي CO2 برخوردار بوده است.

T he effect of NH 2 -MIL 53 metal organic framework (MOF) on gas transport properties of poly(4-methyl-1-pentyne) (PMP) was investigated. Various characterization methods such as FTIR, DSC, SEM and gas adsorption test as well as a series of CO 2 /CH 4 gas separation tests (i.e., pure and mixed gas test) were conducted in order to determine the effect of ligand functionalization (–NH 2 ) on the properties of the prepared mixed matrix membranes and their gas transport characteristics. The results of DSC showed that glass transition temperature (T g ) increased by increasing NH 2 -MIL 53 loading. The SEM images also demonstrated that the NH 2 -MIL 53 particles were dispersed well in the PMP matrix with no noticeable agglomeration. The gas adsorption test of NH 2 - MIL 53 particles revealed there was a selective adsorption behavior with respect to CO 2 . It was also found that, incorporation of NH 2 -MIL 53 into the PMP resulted in an increase in gas permeability (especially towards CO 2 ) and a higher CO 2 /CH 4 selectivity. Adding 30 wt% NH 2 -MIL 53 into the polymer matrix increased CO 2 permeability and CO 2 /CH 4 selectivity of the mixed gas from 83.35 to 210.21 barrer and 7.61 to 19.88, respectively. Rising the temperature from 30 to 60°C led to the permeability increment of both CO 2 and CH 4 in the mixed gas test, while the CO 2 /CH 4 selectivity decreased. Moreover, the results showed that amino groups required no regeneration and their performance did not decline during 120 h of permeation test. A comparison between the permeation data and those calculated from permeation models revealed that the Bruggeman model could fit the CO 2 permeability data better than the Maxwell and Lewis models.