فهرست عناوین |
صفحه |
1 فصل اول مقدمهای بر جداسازی غشایی گازها 1
1.1 مقدمه 2
1.2 روش های جداسازی گاز طبیعی.. 4
1.2.1 جذب سطحی.. 4
1.2.2 جذب با مایعات.. 4
1.2.3 تراکم برودتی.. 5
1.3 جداسازی غشایی.. 7
1.3.1 تعریف غشا 7
1.3.2 تاریخچه استفاده از غشا در جداسازی گاز 9
1.3.3 مزایای جداسازی غشایی.. 12
1.3.4 معایب جداسازی غشایی.. 13
1.3.5 انواع غشا 13
1.3.5.1 دسته بندی بر اساس ساختار. 14
1.3.5.2 دسته بندی براساس جنس….. 15
1.3.6 روش های ارتقا عملکرد غشاهای پلیمری.. 25
1.3.6.1 مخلوط کردن پلیمرها 26
1.3.6.2 غشاهای کامپوزیتی پلیمری… 27
1.3.6.3 روشهای ساخت غشاهای نانوکامپوزیتی پلیمری… 29
1.3.6.4 انواع پرکننده ها 37
1.3.7 مکانیسم انتقال جرم در غشاهای پلیمری.. 42
1.3.7.1 مدل حفره جریان.. 42
1.3.7.2 مکانیسم انحلال نفوذ. 44
1.3.8 مدل ماکسول.. 46
1.4 اهداف پژوهش…. 47
2 فصل دوم مواد، روش ها و تجهیزات… 48
2.1 مقدمه 49
2.2مواد 49
2.3 آزمایشات مقدماتی.. 50
2.3.1 تهیه غشای PEBAX خالص…. 50
2.3.2 تهیه غشای نانوکامپوزیتی.. 51
2.4 آزمایشات اصلی.. 52
2.4.1 روش ساخت غشای PEBAX خالص…. 52
2.4.2 روش ساخت غشای نانوکامپوزیتی بر پایه PEBAX.. 53
2.4.2.1 روش سل-ژل درجا 53
2.4.2.2 روش مخلوط کردن محلولها 55
2.5 مشخصه یابی فیزیکی و شیمیایی غشاها 57
2.5.1 طیف سنجی مادون قرمز بازتابی کلی باریک(ATR) 58
2.5.2 آزمون تجزیه وزنی حرارتی(TGA) 59
2.5.3 طیف سنجی پراش اشعه ایکس(XRD) 59
2.5.4 آزمون کشش…. 60
2.5.5 تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 62
2.5.6 اندازهگیری ضخامت متوسط غشاها 63
2.5.7 بررسی تراوایی و گزینش پذیری غشا 64
3 فصل سوم نتایج و بحث… 67
3.1 مقدمه 68
3.2 مشخصهیابی فیزیکی و شیمیایی غشاها 68
3.2.1 طیف سنجی مادون قرمز انعکاسی.. 68
3.2.2 طیف سنجی پراش اشعه ایکس(XRD) 70
3.2.2.1 بررسی اثر بارگذاری نانوذرات بر الگوی پراش اشعه ایکس XRD… 71
3.2.2.2 بررسی اثر نوع روش تهیه غشای نانوکامپوزیتی… 74
3.2.3 بررسی پاسخهای تجزیه وزنی حرارتی.. 76
3.2.3.1 اثر افزایش TEOS بر تجزیه وزنی حرارتی… 79
3.2.3.2 اثر افزایش درصدوزنی FS بر تجزیه وزنی حرارتی… 80
3.2.4 میکروسکوپ الکترونی روبشی.. 81
3.2.4.1 غشای PEBAX خالص….. 81
3.2.4.2 غشای نانو کامپوزیتی تهیه شده به روش سل-ژل.. 82
3.2.4.3 غشای نانوکامپوزیتی تهیه شده به روش مخلوط کردن مخلوطها 85
3.2.4.4 مقایسه بین دو روش تهیه غشا 88
3.2.5 نتایج آزمون کشش…. 89
3.3 بررسی تراوایی و گزینشپذیری غشاها 93
3.3.1 نتایج غشای PEBAX خالص…. 93
3.3.2 غشاهای نانوکامپوزیتی.. 94
3.3.2.1 روش سل-ژل.. 94
3.3.2.2 روش مخلوط کردن محلولها 101
3.3.3 مقایسه رفتار سه نوع نانوذره سیلیکا در جداسازی گاز 109
3.3.4 بررسی و مقایسه تراواییها با مدل ماکسول.. 112
3.4 نتیجه گیری.. 114
3.5 پیشنهادها 115
فهرست اشكال |
صفحه |
شكل 1.1 طرح شماتیکی از چگونگی عملکرد غشا 8
شكل 1.2 نمودار رابسون برای جفت گاز H2/CO2 20
شكل 1.3 شماتیکی از ساختار پلیمر PEBAX… 21
شكل 1.4 شماتیکی از غشای کامپوزیتی پلیمری.. 27
شكل 1.5 شماتیکی از ساختار غشاهای نانوکامپوزیتی پلیمری-معدنی. الف) با پیوند کووالانسی ب) با پیوندهای واندروالسی و پیوندهای هیدروژنی.. 29
شكل 1.6 شماتیکی از مراحل آماده سازی غشاهای نانوکامپوزیتی به روش مخلوط کردن محلولها. 31
شكل 1.7 مکانیسم سل-ژل در محیط اسیدی. 34
شكل 1.8 مکانیسم سل-ژل در محیط بازی. 35
شكل 1.9 واکنش های ممکن برای تترا آلکوکسی سیلانها. 36
شكل 1.10 شماتیکی از انواع سیلانول در سطح ذرات نانوسیلیکا. 40
شكل 1.11 شماتیکی از انباشتگی نانو ذرات سیلیکا. 41
شكل 1.12 شماتیکی از مکانیسم عبور جریان-حفره در غشاهای پلیمری متخلخل.. 43
شكل 1.13 شماتیکی از مکانیسم انحلال-نفوذ. 45
شكل 1.14 شماتیکی از دیاگرام مکانیسم انحلال-نفوذ. 45
شكل 2.1 تصویر غشای PEBAX خالص حاصل از فرآیند قالبگیری الف)مطلوب ب) نامطلوب. 53
شكل 2.2 تصویر غشاهای حاصل از روش سل-ژل برای نمونههای (الف) TS10-PEBAX (ب) TS30-PEBAX (ج) TS50-PEBAX. 55
شكل 2.3 تصویر غشاهای نانوکامپوزیتی حاصل از روش مخلوط کردن محلولهاFS16/18-PEBAX… 57
شكل 2.4 تصویر دستگاه استفاده شده برای آزمون استحکام کششی.. 61
شكل 2.5 تصویر دستگاه SEM. 63
شكل 2.6 تصویر دستگاه ضخامت سنج. 63
شكل 2.7 واحد جداسازی غشایی گاز. الف)طرح شماتیکی از سیستم تراوایی گاز ب) سل حاوی غشا در سیستم به کاربرده شده در کار حاضر. 66
شكل 3.1 طیف ATR غشای (الف) P-PEBAX (ب) TS10-PEBAX. 69
شكل 3.2 الگوهای XRD غشاهای نانوکامپوزیتی پلیمری الف) P-PEBAX ب) TS5-PEBAX ج) TS10-PEBAX د) TS50-PEBAX 72
شكل 3.3 پیوند هیدروژنی بین زنجیرههای بلوک پلی آمیدی پلیمر PEBAX. 72
شكل 3.4 الگوهای XRD غشاهای نانوکامپوزیتی الف) P-PEBAX ب) FS16/5-PEBAX ج)FS16/10-PEBAX د) FS16/12-PEBAXحاوی FS 16nm. 73
شكل 3.5 الگوهای XRD غشاهای نانوکامپوزیتی الف)P-PEBAX ب) FS7/5-PEBAX ج)FS7/10-PEBAX. 74
شكل 3.6 الگوهای XRD غشاهای نانوکامپوزیتی الف) TS5-PEBAX ب) FS7/5-PEBAX ج)FS16/5-PEBAX. 75
شكل 3.7 نمودار TGA برای غشاهای خالص و نانوکامپوزیتی. 78
شكل 3.8 نمودار TGA برای غشاهای نانوکامپوزیتی ساخته شده به روش سل-ژل. 79
شكل 3.9 نمودار TGA برای غشاهای نانوکامپوزیتی با درصدوزنی متفاوت FS7. 80
شكل 3.10 نمودار TGA برای غشاهای نانوکامپوزیتی با درصدوزنی متفاوت FS16. 81
شكل 3.11 تصویر SEM الف)برش عرضی ب)سطح غشای P-PEBAX. 82
شكل 3.12 تصاویر SEM از سطح غشاهای الف)P-PEBAX ب) TS5-PEBAX ج) TS10-PEBAX د)TS50-PEBAX… 84
شكل 3.13 شماتیکی از انباشتگی ذرات تهیه شده به روش شعله با دمای بالا. 86
شكل 3.14 تصاویر SEM از سطح غشاهای الف) FS7/5-PEBAX ب)FS7/10-PEBAX. 86
شكل 3.15 تصاویر SEM از سطح غشاهای الف) FS16/5-PEBAX ب)FS16/10-PEBAX و برش عرضی غشاهای ج) FS16/5-PEBAX د) FS16/10-PEBA. 87
شكل 3.16 تصاویر SEM از برش عرضی الف)P-PEBAX ب)FS7/10-PEBAX ج) TS10-PEBAX د) FS16/10-PEBAX 88
شكل 3.17 تصویر SEM از حفره ایجاد شده در سطح تماس ذرات FS 16nm. 89
شكل 3.18 منحنی تنش- کرنش مربوط به P-PEBAX، FS7/10-PEBAX، FS16/10-PEBAX و TS 10-PEBAX. 91
شكل 3.19 منحنی تنش- کرنش مربوط به غشاهای ، TS10-PEBAX و TS50-PEBAX… 92
شكل 3.20 تراوایی گاز کربن دی اکسید نسبت به درصد وزنی TEOS در فشار 12 بار و دمای محیط. 95
شكل 3.21 تراوایی گاز متان نسبت به درصد وزنی TEOS در فشار 12 بار و دمای محیط. 97
شكل 3.22 گزینشپذیری گاز نسبت به در فشار 12 بار و دمای محیط. 98
شكل 3.23 اثر تغییر فشار بر تراوایی CO2 در P-PEBAX و TS-PEBAX. 100
شكل 3.24 اثر تغییر فشار بر تراوایی CH4 در P-PEBAX و TS-PEBAX. 100
شكل 3.25 تراوایی برای غشاهای حاوی FS7-PEBAX الف) گاز ب) گاز …….. 103
شكل 3.26 گزینشپذیری گاز نسبت به در فشار 12 بار FS7-PEBAX… 104
شكل 3.27 تراوایی برای غشاهای حاوی FS16-PEBAX… 105
شكل 3.28 تراوایی برای غشاهای حاوی FS16-PEBAX… 105
شكل 3.29 گزینشپذیری گاز نسبت به در فشار 12 بار ی FS16-PEBAX… 106
شكل 3.30 اثر تغییر فشار بر تراوایی CO2 در غشاهای P-PEBAX و FS7-PEBAX. 107
شكل 3.31 اثر تغییر فشار بر تراوایی CH4 در غشاهایP-PEBAX و FS7-PEBAX. 107
شكل 3.32 اثر تغییر فشار بر تراوایی CO2 در غشاهای P-PEBAX و FS16-PEBAX. 108
شكل 3.33 اثر تغییر فشار بر تراوایی CH4 در غشاهای P-PEBAX و FS16-PEBAX… 108
شكل 3.34 مقایسه تراوایی غشاهای نانوکامپوزیتی TS10-PEBAX، FS16/10-PEBAX و FS 7/10-PEBAX. الف) تراوایی ب) تراوایی ج) گزینشپذیری ………………… 110
شكل 3.35 مقایسه‌ی نتایج کار کنونی با نمودار رابسون.. 111
شكل 3.36 مقایسه پیشبینی ماکسول با دادههای به دست آمده برای تراوایی CO .. 113
شكل 3.37 مقایسه پیشبینی ماکسول با دادههای به دست آمده برای تراوایی CH4 113
فهرست جداول |
صفحه |
