بررسی اثر دما در ساخت غشاء مرکب با رشد نانوذره‌های چارچوب زئولیتی ایمیدازول-8 به روش نهشت بخار شیمیایی

محورهای موضوعی : مهندسی شیمی

حسین حسن نیا گلسفید ¹ (دانشجو دکتری گروه شیمی و مهندسی شیمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران.)
امید علیزاده ² (استادیار گروه شیمی و مهندسی شیمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران.)
فاطره درستی ³ (استادیار گروه شیمی و مهندسی شیمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران.)

تاریخ دریافت : 1400/05/19 تاریخ پذیرش : 1400/08/27 تاریخ انتشار : 1401/09/01

کلید واژه: کربن دی‌اکسید, نهشت بخار شیمیایی, چارچوب زئولیتی ایمیدازول-8, پلی‌اتر‌ایمید,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، غشاهای پلی اتر ایمید با روش وارونگی فاز خشک/تر با غیرحلال آب ساخته شدند. اثر دمای صفحه فیلم کشی بر ساختار غشاء و مقدار جداسازی کربن دی اکسید از متان بررسی شد. سپس، روی غشاء با بالاترین تراوایی کربن دی اکسید، بلور چارچوب زئولیتی ایمیدازول-8 با روش نهشت بخار شیمیایی بین کمپلکس های روی و بخار 2-متیل ایمیدازول تولید شد و غشاء مرکب به دست آمد. اثر دمای نهشت بر تشکیل چارچوب زئولیتی ایمیدازول-8، ریخت غشاء مرکب و مقدار جداسازی کربن دی اکسید از متان بررسی شد. نتیجه ها نشان داد، افزایش دمای صفحه فیلم کشی موجب افزایش تراوایی کربن دی اکسید، ایجاد ساختار انگشتی، کاهش ضخامت لایه گزینش پذیر و قطر حفره های متخلخل سطحی غشاء پلی اتر ایمید شد. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی غشاهای بسپار و مرکب تولیدشده با روش های شناسایی مواد مشخص شدند. تصاویر به دست آمده از میکروسکوپ الکترونی و پراش پرتو ایکس نشان داد چارچوب زئولیتی ایمیدازول-8 بر سطح گزینش پذیر غشاء پلی اتر ایمید در °C50 به خوبی رشد کرده است. غشاهای مرکبی که سطح گزینش پذیر آن ها (چارچوب زئولیتی ایمیدازول-8) از روش نهشت بخار شیمیایی اتمسفری در دماهای 40، 50 و °C 70 ساخته شدند، نسبت به غشاء پلی اتر ایمید بین 2۱ تا 78 درصد گزینش پذیری بیشتری داشتند. گزینش پذیری و تراوایی گاز کربن دی اکسید و متان غشایی که دمای نهشت بخار شیمیایی آن °C 100 بود به شدت کاهش یافت. با افزایش دما به °C 130 ساختار غشاء بسپار تخریب شد.

چکیده انگلیسی:

In this research, polyetherimide (PEI) membranes were made via dry/wet phase inversion with non-solvent water. The effect of the temperature of the casting surface on membrane morphology and CO2 separation from CH4 were studied. Zeolitic imidazolate framework-8 crystals (ZIF-8) were deposited on the PEI membrane with highest selectivity by the chemical vapor deposition (CVD) method to obtain the composite membranes (CM) via a reaction between a complex of zinc and 2-methyl imidazole. The effects of CVD temperature on the fabrication of ZIF-8, CM morphology, and CO2 separation from CH4 were surveyed. The results indicated that an increase in the film casting temperature enhanced CO2 permeation and created a finger-like membrane. Also, this temperature rising reduced the selective layer thickness and surface pores diameters of the PEI membranes. Physical and chemical characteristics of polymeric and the CM were determined using characterization methods. FESEM images and XRD pattern confirmed that ZIF-8 was grown sufficiently on the selective layer of PEI membranes at 50 °C. The fabricated CM, which their selective layer (ZIF-8) was made using atmospheric CVD method at 40, 50, and 70 °C, has higher selectivities of about 21 to 78 percent in comparison with PEI membrane. Selectivity and permeability of the CM fabricated at 100 °C were dramatically reduced. By increasing the temperature to 130 °C, the membrane structure was destructed.

منابع و مأخذ:

[1] Ahmad, A.L.; Olatunji, S.Y.; Jawad, Z.A.; J. Phy. Sci. 28, 201-213, 2017.

[2] Ren, J.; Zhou, J.; Deng, M.; Sep. Purif. Technol. 74, 119-129, 2010.

[3] Barankova, E.; PhD Thesis, King Abdullah University of Science and Technology, 2017.

[4] Dai, Y.; Johnson, J.R.; Karvan, O.; Sholl, D.S.; Koros, W.J.; J. Membr. Sci. 401-402, 76-82, 2012.

[5] Eiras, D.; Labreche, Y.; Pessan, L.A.; Mater. Res. 19, 220-228, 2016.

[6] Vega, J.; Andrio, A.; Lemus, A.A.; Diaz, J.A.I.; del Castillo, L.F.; Gavara, R.; Compan, V.; Sep. Purif. Technol. 212, 474-482, 2019.

[7] Li, W.; Su, P.; Li, Zh.; Xu, Z.; Wang, F.; Ou, H.; Zhang, J.; Zhang, G.; Zeng, E.; Nat. Commun. 8, 406-414, 2017.

[8] Fauzan, N.A.B.; Mannan, H.A.; Nasir, R.; Mohshim, D.F.B.; Mukhtar, H.; Chem. Eng. Technol. 42, 1-14, 2019.

[9] Kim, S.-G.; Lee, K.-H.; Curr. Appl. Phys. 9, e51-e55, 2009.

[10] Su, P.; Li, W.; Zhang, C.; Meng, Q.; Shen, Ch.; Zhang, G.; J. Mater. Chem. A 3, 20345-20351, 2015.

[11] Dorosti, F.; Alizadehdakhel, A.; Chem. Eng. Res. Des. 136, 119-128, 2018.

[12] Ali, A.S.M.; Fadl, E.A.; Soliman, M.M.; Kandil, Sh.H.; Desalin. Water Treat. 174, 63-70, 2020.

[13] Zadhoush, A.; Hosseini, S.S.; Mousavi, S.M.; Iran J. Polym. Sci. Technol. 28, 351-371, 2015.

[14] Stassen, I.; Styles, M.; Grenci, G.; Gorp, H.V.; Vanderlinden, W.; Feyter, S.D.; Falcaro, P.; Vos, D.D.; Vereecken, Ph.; Ameloot, R.; Nat. Mater. 15, 304-310, 2015.

[15] Tsai, Ch.-W.; Langner, E.H.G.; Microporous Mesoporous Mater. 221, 8-13, 2016.

[16] Larasati, Z.S.; Wijiyanti, R.; Karim, Z.A.; Ismail, A.F.; Widiastuti, N.; IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 546, 042020, 2019.

[17] Ma, Y.Y.; Liu, M.; Wang, J.T.; Zhu, B.; Li, Y.F.; Chinese J. Polym. Sci. 39, 355–364, 2020.

[18] Beh, J.J.; Lim, J.K.; Ng, E.P.; Ooi, B.S.; Mater. Chem. Phys. 216, 393-401, 2018.

[19] Isaeva, V.I.; Barkova, M.I.; Kustov, L.M.; Syrtsova, D.A., Efimova, E.A., Teplyakov, V.V.; J. Mater. Chem. A 3, 7469-7476, 2015.

[20] Cacho-Bailo, F.; Seoane, B.; Téllez, C.; Coronas, J.; J. Membr. Sci. 464, 119-126, 2014.

[21] Vu, D.Q.; Koros, W.J.; Miller, S.J.; J. Membr. Sci. 211, 311-334, 2003.