اصلاح سطح غشاي الياف توخالي PVDF-CTFE با درشت‌مولكول‌هاي اصلاح‌كننده سطح براي جذب و حذف كربن دي‌اكسيد

Surface Modification of PVDF-CTFE Hollow Fiber Membrane with Surface Modifying Macromolecules for Carbon Dioxide Absorption and Stripping

فرضيه: درشت‌مولكول‌هاي آب‌گريز اصلاح‌كننده سطح داراي زنجير اصلي پلي‌يورتان با دو انتهاي پليمر آب‌گريز بر پايه فلوئور هستند. اين درشت‌مولكول‌ها در فرايند ساخت غشا تمايل به مهاجرت به سطح غشا را دارند و با تشكيل لايه نازكي بر سطح غشا، موجب تغيير خواص فيزيكي و شيميايي آن مي‌شوند. بنابراين، آب‌گريزي سطح غشا را افزايش مي‌دهند كه عامل مهمي در سامانه تماس‌دهنده غشايي گاز-مايع است روش‌ها: غشاهاي الياف توخالي پلي(وينيليدن فلوئوريد-كلروتري‌فلوئورواتيلن)، PVDF-CTFE، با استفاده از درشت‌مولكول اصلاح‌كننده سطح (SMM) و روش جدايي فاز خشك-تر ساخته شدند. ساختار و ويژ‌گي‌هاي غشاها بررسي شد و از آن‌ها در فرايندهاي جذب و حذف كربن دي‌اكسيد (CO2) در سامانه تماس‌دهنده غشايي گاز-مايع استفاده شد. يافته‌ها: زاويه تماس سطح بيروني غشاي ساخته‌شده بدون SMM، برابر 90.51 درجه اندازه‌گيري شد. افزودن SMM به غشا زاويه تماس را به °114.20 افزايش داد. فشار بحراني ورود آب به منفذهاي غشاهاي ساخته‌شده بدون SMM و با آن به‌ترتيب 7 و 10.50bar اندازه‌گيري شد. در شدت جريان فاز مايع 300mL/min شار جذب گاز CO2 براي غشاهاي ساخته‌شده بدون SMM و با آن به‌ترتيب 3-10×1.76 و mol/m2 9.70×10-3 به‌دست آمد. در شدت جريان مايع 200mL/min، شار حذف گاز CO2 در غشاي ساخته‌شده بدون SMM و با آن اندازه‌گيري شد. در سرعت جريان مايع 200mL/min حداكثر بازده حذف گاز CO2 غشاهاي ساخته‌شده بدون SMM و با آن به‌ترتيب 72.10 و %42.60 به‌دست آمد.

Hypothesis: Hydrophobic surface modifying macromolecules (SMM) have a main chain of polyurethane with two ends having a fluorine-based hydrophobic polymer. These macromolecules tend to migrate to the membrane surface during membrane fabrication process and alter the physical and chemical properties of the membrane surface by formation of a thin layer on the surface of the membrane. Therefore, they can increase the hydrophobicity of the membrane surface which is an important parameter in gas-liquid membrane contactor system. Methods: Poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethlene), PVDF-CTFE, hollow fiber membranes were fabricated using surface modifying macromolecules through a dry-wet phase inversion method. Structure and characteristics of fabricated membranes were evaluated and they were used in carbon dioxide absorption and stripping processes in a gas-liquid membrane contactor system. Findings: Water contact angle of outer surface of the fabricated membrane without SMM was measured as 90.51°. Addition of SMM into the membrane increased contact angle to 114.20°. Critical entry pressure of water of the membrane fabricated without/with SMM was measured as 7 and 10.50 bar, respectively. The CO2 absorption flux of 1.76×10-3 mol/m2.s and 9.70×10-4 mol/m2.s, at the liquid phase flow rate of 300 mL/min, was achieved for the fabricated membrane without/with SMM, respectively. The CO2 stripping flux, at the liquid flow rate of 200 mL/min, for the fabricated membrane was achieved at 1.30×10-3 mol/m2.s without SMM and 6.40×10-4 mol/m2.s with SMM. The maximum CO2 stripping efficiency, at the liquid flow rate of 200 mL/min, was achieved for the fabricated membrane at 72.10% without SMM and 42.60% with SMM.