دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی

مهندس سید علی قدیمی ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، 11 اسفند ماه 1393 ، از رساله خود با عنوان « جداسازی غشایی دی‌اکسیدکربن از هیدروژن با استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری و مدل‌سازی آن » با راهنمایی دکتر تورج محمدی و دکتر نورالله کثیری دفاع نمودند.

  چکیده

  هدف این تحقیق ساخت یک غشای نانوکامپوزیت پلیمری به منظور جداسازی CO₂ از یک جریان گازی سبک همانند H₂ می‌باشد. برای ساخت غشاهای نانوکامپوزیت از روش‌های سل-ژل واختلاط محلول استفاده شد. در روش اختلاط محلول برای بهبود پراکندگی نانوذرات SiO₂ در ماتریس پلیمری از اصلاح فیزیکی و شیمیایی سطح نانوذرات استفاده شد. ویژگی‌های ساختاری غشاهای ساخته شده به کمک آزمون‌های SEM ، DSC ، FTIR(ATR) ، DMTA ، XRD و Tensile مورد ارزیابی قرار گرفتند. بررسی‌های انجام شده نشان داد غشاهای نانوکامپوزیتی که با روش اختلاط محلول و اصلاح شیمیایی سطح نانوذرات SiO₂ ساخته شده‌اند در مقایسه با سایر غشاها دارای مشخصات ساختاری بهتری هستند. بنابراین از اصلاح شیمیایی سطح نانوذرات توسط اولئیک اسید (OA) برای حذف پدیده‌ی کلوخگیدر ساخت غشاهای نانوکامپوزیت استفاده شد. برای بررسی بازده عملکردی غشاهای ساخته شده آزمایش‌های گاز خالص ( CO₂ ، CH₄ ، N₂ و H₂ ) و مخلوط گازی (%20/%80 ( H₂/ CO₂ )، %60/%40 ( N₂/ CO₂ ) و %20/%80 ( H₂/ CO₂ )،) انجام شد. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که حضور فاز غیرآلی در ماتریس پلیمری PEBA باعث ارتقاء ویژگی‌های جداسازی غشاها شده است. به عنوان مثال، با افزایش درصد وزنی نانوذرات از 0 به 8% گزینش‌گری ایده‌ال غشاها برای جفت گازهای CO₂ /H₂ ، CO₂ /CH₄ و CO₂ /N₂ بترتیب از (9، 18 و 61) به (17، 45 و 137) افزایش یافت.

  به علاوه، یک مدل ریاضی صریح برای پیش‌بینی پارامترهای انتقال (حلالیت، نفوذپذیری و تراوایی) در غشاهای نانوکامپوزیت بر پایه‌ی تئوری حلالیت و نفوذ و مشاهدات تجربی توسعه یافت. روابط ارائه شده توسط وَن‌آمِرونگن و وَن‌کرِوِلن با توجه به خصوصیات فیزیکی اجزا و دمای انتقال شیشه‌ای پلیمر برای تخمین ضرایب حلالیت و نفوذ در غشاهای تک‌لایه مورد استفاده قرار گرفتند. ضرایب نفوذ و حلالیت در غشاهای نانوکامپوزیت سپس به مقادیر متناظر آنها در غشاهای تک لایه و خصوصیات ساختاری غشاهای نانوکامپوزیت ارتباط داده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که مدل ریاضی ارائه شده در این تحقیق به خوبی قادر به تخمین ضرایب حلالیت، نفوذ و تراوایی می‌باشد. به عنوان مثال مقادیر تجربی و تخمین زده شده توسط مدل دارای ضریب همبستگی‌ 95/0، 97/0 و 96/0 بترتیب برای حلالیت، نفوذ و تراوایی هستند.

  کلمات کلیدی:جداسازی گاز، حلالیت، نفوذ، تراوایی، غشای نانوکامپوزیت، مدل‌سازی ریاضی.