polyether-block-amide
در نشریات گروه مهندسی شیمی، نفت و پلیمر-
Propylene is a widely used compound in various industrial applications, but its separation from propane, which is often associated with it, remains a significant challenge. Among the separation methods, membrane technology, particularly polymeric membranes, offers an attractive solution due to its relatively low cos t and simplicity. In this study, hydroxyl-functionalized graphene (G─OH) nanosheets were used as an additive in a Pebax 1657 matrix. The results from Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) revealed that the interaction between Pebax and G─OH is physical, characterized by a shift in some peaks due to hydrogen bonding. The proper dispersion of G─OH in the Pebax matrix was confirmed by Differential Scanning Calorimetry (DSC), which also showed an increase in the glass transition temperature (Tg), indicating the rigidity of Pebax chains in the presence of G─OH. Thermogravimetric Analysis (TGA) results demonstrated that the degradation temperatures (Td) of Pebax/ G─OH 1 wt.% and Pebax/G─OH 2 wt.% membranes were 335°C and 330°C, respectively. A comprehensive gas permeation study, including pure and mixed gas tests at feed pressures of 2, 6, and 10 bar, as well as a long-term stability test, was conducted on the membranes. Among all the MMMs, Pebax/G─OH 1.5 wt.% demonstrated the best gas separation performance, achieving a propylene permeability of 89.8 barrer and a C3H6/C3H8 selectivity of 9.8. Additionally, under mixed gas permeation tests (50:50 v/v of C3H6 and C3H8), this membrane exhibited a propylene permeability of 76.3 barrer and a C3H6/C3H8 selectivity of 8.8. Finally, the performance of the MMMs in C3H6/C3H8 separation was benchmarked against the Robeson upper bound curve.
Keywords: Polyether Block Amide, Mixed Matrix Membrane, Propylene, Propane Separation, Robeson Bound -
فرضیه:
پلی اتر قطعه-آمید (PEBA) یکی از مناسب ترین مواد پلیمری برای ساخت غشاهای جداساز CO2 است. از آنجا که سازوکار جداسازی در غشاهای ساخته شده از این ماده پلیمری معمولا براساس سازوکار حل پذیری-نفوذ بوده، عملکرد جداسازی در این غشاها با محدودیت Trade-off روبه رو است. این محدودیت که مانع از افزایش هم زمان تراوایی و گزینش پذیری می شود، مشکل مهمی بوده که مانع از استفاده گسترده این غشاها در صنعت شده است. در این میان، استفاده از ترکیباتی برای افزودن سازوکار انتقال تسهیل یافته به سازوکار جداسازی، راه حل مناسبی برای غلبه بر این مشکل است.
روش هادر راستای غلبه بر محدودیت Trade-off در غشاهای پلیمری در این مطالعه غشای انتقال تسهیل یافته دو-مسیری پلی اتر قطعه-آمید دارای دو نوع حامل آنیلین و آلومینا ساخته شد. مولکول های آنیلین به دلیل قابلیت ایجاد واکنش افزایش هسته دوستی با CO2 انتخاب شده و ذرات آلومینا به عنوان حامل های برقرارکننده واکنش کمپلکس ساز π با مولکول های CO2 استفاده شدند. وجود این دو حامل در کنار هم در ماتریس پلیمری به ایجاد سازوکار انتقال تسهیل یافته دو مسیری منجر شد.
یافته هادر اثر افزودن دو نوع حامل آنیلین و آلومینا به ماتریس PEBA، تراوایی CO2 نسبت به غشای خالص افزایش 2.4 برابری داشته و گزینش پذیری CO2/N2 نیز نسبت به غشای خالص 1.2 برابر شد. نتایج حاصل از شبیه سازی مولکولی نشان داد، افزایش تراوایی CO2 به دلیل افزایش ضریب نفوذ آن در عرض غشا بود که به کمک مسیرهای ایجادشده با آلومینا و آنیلین در ماتریس پلیمری میسر شد. مقایسه تراوایی و گزینش پذیری غشای ساخته شده با سایر کارها در منحنی Robeson نشان داد، غشای حاصل به آسانی بر محدودیت Trade-off غلبه کرده، از مرز Robeson عبور می کند تا به غشایی مناسب با کاربرد صنعتی در راستای جداسازی CO2 تبدیل شود.
کلید واژگان: غشا، پلی اتر بلاک آمید، شبیه سازی مولکولی، آنیلین، آلومیناHypothesis: PEBA, also known as polyether-block-amide, has emerged as a highly favorable polymer material for the production of CO2 separator membranes. The membranes made from PEBA rely on the solution-diffusion mechanism for separation. However, the trade-off limitation hinders the enhancement of both permeability and selectivity, posing a crucial challenge in the widespread adoption of these membranes in various industries. To address this issue, incorporating compounds that create facilitate transport mechanism into the separation process proves to be a viable solution.
MethodsTo address the trade-off limitation in polymer membranes, a novel two-way facilitated transfer membrane was developed in this research. This membrane consisted of a PEBA matrix with two different carriers. Aniline was selected for its nucleophilic addition reaction towards CO2, while alumina particles served as carriers for π-complexation reactions. The combination of these two carriers within the polymer matrix resulted in the establishment of a two-way facilitated transport mechanism.
FindingsAs a result of adding two types of carriers, aniline and alumina, to the PEBA matrix, the permeability of CO2 increased 4.2 times compared to the pure membrane, and the CO2/N2 selectivity also increased 2.1 times compared to the pure membrane, demonstrating the high potential of these two carriers in enhancing separation performance. Molecular simulation results showed that the increase in CO2 permeability was due to the increase in its diffusion coefficient within the membrane thickness, facilitated by the pathways created by alumina and aniline in the polymer matrix. Comparison of the permeability and selectivity of the membrane with other works on the Robeson curve showed that the resulting membrane was able to easily overcome the trade-off limitation, surpass the Robeson boundary, and transform into a membrane suitable for industrial applications in CO2 separation.
Keywords: Membrane, Polyether-Block-Amide, Molecular Simulation, Aniline, Alumina -
مجله فرآیند نو، پیاپی 84 (زمستان 1402)، صص 36 -50
در این پژوهش غشای پلی اتر بلاک آمید (Poly ether block amid, PEBA) خالص و نیز غشای پلی اتر بلاک آمید حاوی ماده فعال سطحی توئین با استفاده از شبیه سازی مولکولی ساخته شده و از دیدگاه مولکولی مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا، به منظور بررسی ساختار غشاها، چگالی و کسر حجم آزاد آن ها محاسبه شد. همچنین تابع توزیع شعاعی به منظور بررسی برهمکنش گاز CO2 با زنجیرهای پلیمری PEBA و مولکول های توئین رسم شده و ضرایب نفوذ و حلالیت در مقابل گازهای CO2 و N2 بدست آمد. علاوه بر این، انتخابگری CO2 نسبت به N2 برای غشاها محاسبه گردید. نتایج نشان از افزایش ضرایب حلالیت و نفوذ CO2 و به دنبال آن افزایش عبور دهی این گاز با افزودن توئین به زمینه پلیمری را داشت در حالی که انتخابگری غشای حاوی توئین به دلیل افزایش ضریب نفوذ N2 در این غشا نسبت به غشای خالص کم تر شد.
کلید واژگان: غشا، پلی اتر بلاک آمید، ماده فعال سطحی، توئین، شبیه سازی مولکولیMolecular investigation of the effect of Tween surfactant on PEBA membrane in CO2 separation processIn this research, pure polyether block amide (PEBA) membrane and PEBA membrane containing tween surfactant were made using molecular simulation and analyzed from a molecular point of view. In order to investigate the structure of the membranes, their density and free fraction volume were calculated. Also, the radial distribution function was plotted in order to investigate the interaction of CO2 gas with PEBA polymer chains and tween molecules, and the permeability and solubility coefficients against CO2 and N2 gases were obtained. Moreover, the selectivity of CO2 over N2 was calculated for the membranes. The results showed an increase in the solubility and diffusion coefficients of CO2, followed by an increase in the permeability of this gas by adding tween to the polymer matrix, while the selectivity of the membrane containing tween decreased due to the increase in the diffusion coefficient of N2 in this membrane compared to the pure membrane.
Keywords: Membrane, Polyether Block Amide, Surfactant, Tween, Molecular Simulation -
فرضیه :
یکی از روش های بهبود غشاهای ماتریس مخلوط نانوکامپوزیتی استفاده از نانوذرات و ترکیبات حاوی گروه های عاملی هیدروکسیل و کربوکسیل است که می تواند انتخابی مناسب برای کمک به نفوذ بیشتر گاز CO2 باشد. در پژوهش حاضر، گزینش پذیری و نفوذ پذیری ماتریس پلی اتر بلوک آمید/پلی وینیل الکل (Pebax/PVA) با بارگذاری نانوذره اکسید منیزیم (MgO) بررسی شد. طبق مطالعات پیشین حضور MgO در ماتریس Pebax/PVA می تواند با ایجاد فضای بین مولکولی، نفوذپذیری CO2 را افزایش دهد.
روش هادر این پژوهش، غشای نانوکامپوزیتی پلی اتر بلوک آمید/پلی وینیل الکل (Pebax/PVA) با نسبت وزنی 80 به 20 حاوی 10% نانوذره اکسید منیزیم (MgO) به روش ریخته گری محلول ساخته شد. عملکرد نانوکامپوزیت Pebax/PVA/MgO به منظور جداسازی گازهای CH4و CO2 با آزمون های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته هامشخصه یابی غشاهای ساخته شده به وسیله آزمون های تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR)، پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) مورد بحث قرار گرفت. تصاویر FESEM نشان داد زبری سطح با افزودن نانوذرات افزایش یافته و نانوذرات به خوبی در ماتریس پلیمری پراکنده شده اند.تجزیه و تحلیل نتایج XRD نشان داد که نانوذره MgO برهمکنش بیشتری با زنجیره های PVA نسبت به زنجیره های Pebax دارد. پارامترهای مختلفی شامل محتوای پلی وینیل الکل و محتوای نانوذره MgO، فشار و دما به عنوان متغیرهای مستقل انتخاب و اثرات آنها بر نفوذ پذیری گازهای CH4 و CO2 مطالعه شد. میزان نفوذپذیری غشاهای ساخته شده مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج دریافتی میزان نفوذپذیری گازهای CH4 و CO2 با افزودن MgO به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
کلید واژگان: پلی اتر بلاک آمید، اکسید منیزیم، جداسازی CH4، CO2، تراوایی و انتخاب پذیریHypothesis:
One potential method for improving nanocomposite mixed matrix membranes is through the use of nanoparticles and compounds containing hydroxyl and carboxyl groups, which may aid in the penetration of CO2 gas. In this study, we investigated the selectivity and permeability of a polyether block amide/polyvinyl alcohol (Pebax/PVA) nanocomposite membrane containing magnesium oxide (MgO) nanoparticles. Previous research has shown that the addition of MgO to the Pebax/PVA matrix can increase CO2 permeability by creating an intermolecular space.
MethodsPrepared a Pebax/PVA nanocomposite membrane with a weight ratio of 80:20, containing 10% MgO nanoparticles, through a solution casting method. Evaluated the performance of the Pebax/PVA/MgO nanocomposite membrane for separating CH4 and CO2 gases using various tests.
FindingsCharacterized the membranes through Fourier transform infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and field emission scanning electron microscopy (FESEM) tests. FESEM images showed increased surface roughness with the addition of nanoparticles, and the nanoparticles were well dispersed within the polymer matrix. XRD analysis indicated that MgO nanoparticles had more interaction with PVA chains than with Pebax chains, and peaks at 42° and 62° regions were formed due to the placement of MgO nanoparticles among the polymer chains. We studied various parameters, including polyvinyl alcohol and MgO nanoparticle content, pressure, and temperature, as independent variables and examined their effects on the permeability of CH4 and CO2 gases. We measured the permeability of the constructed membranes and found that the addition of MgO significantly increased the permeability of CH4 and CO2.
Keywords: Polyether block amide, CO2, CH4 separation, Permeability, Selectivity
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.