جداسازی گازهای اتیلن/اتان و پروپیلن/پروپان با استفاده از غشای نانوکامپوزیت سلولزاستات- سیلیکا

چکیده الفین های اتیلن و پروپیلن مهمترین و پرمصرف ترین محصولات پتروشیمیایی می باشند که به عنوان خوراک برای تولید گروه وسیعی از محصولات استفاده می شوند. اتیلن و پروپیلن از روش های گوناگونی تولید می شوند. در کلیه این روش ها نیاز به جداسازی الفین-ها از پارافین ها با تعداد کربن یکسان به منظور خالص سازی الفین ها می باشد. این جداسازی که در حال حاضر به روش تقطیر انجام می شود، به دلیل نزدیکی نقطه جوش و در نتیجه پایین بودن فراریت نسبی الفین ها و پارافین ها مشکل و پرهزینه می باشد. جداسازی با استفاده از غشاهای پلیمری از روش های جایگزین است که به علت داشتن مزایای زیاد مانند مصرف انرژی کم و هزینه سرمایه-گذاری پایین مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در دهه های اخیر تلاش های زیادی به منظور بهبود خواص جداسازی غشاهای پلیمری انجام شده است که از آن جمله می توان به افزودن نانوذرات معدنی به زمینه پلیمری اشاره نمود. در پژوهش حاضر، جداسازی گازهای اتیلن/اتان و پروپیلن/ پروپان با استفاده از غشای نانوکامپوزیت سلولزاستات- سیلیکا مورد بررسی قرار گرفته است. نانوذرات سیلیکا توسط روش سل-ژل و با هیدرولیز تترا اتوکسی سیلان تولید شدند. غشاهای سلولزاستات و سلولزاستات- سیلیکا توسط روش وارونگی فاز حرارتی تهیه گردیدند. غشاهای نانوکامپوزیت ساخته شده توسط آزمون هایft-ir ،sem ، dsc وtga مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج آزمون های مشخصه یابی، بیانگر توزیع و برهمکنش مناسب نانوذرات در زمینه پلیمری و همچنین بهبود خواص گرمایی غشاها با افزودن نانوذرات سیلیکا می باشد. عملکرد غشاهای تهیه شده در جداسازی گازهای اتیلن/اتان و پروپیلن/پروپان در فشار 2 بار و دمای 35 درجه سانتی گراد مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان از افزایش ضریب تراوش پذیری گاز اتیلن از 052/0 بارر در غشای سلولزاستات به 11/0 بارر در غشای حاوی 30 درصد نانوذرات و گاز پروپیلن از 046/0 بارر به 098/0 بارر دارد. همچنین گزینش پذیری ایده آل اتیلن نسبت به اتان و پروپیلن نسبت به پروپان به ترتیب از 16/2 و 55/2 در غشای سلولزاستات به 07/4 و 12/6 در غشای حاوی 30 درصد نانوذرات افزایش یافته است. اندازه گیری ضرایب نفوذ و حلالیت گازها در غشاها با استفاده از روش زمان تاخیر، نشان از کاهش ضریب نفوذ و افزایش ضریب حلالیت گازها با افزایش درصد سیلیکا دارد. با افزایش فشار خوراک، ضرایب تراوش پذیری و حلالیت گازها کاهش و ضریب نفوذ گازها افزایش یافته است، در حالی که مقادیر گزینش پذیری ایده آل تغییر چندانی نداشته است. بررسی پدیده نامطلوب نرم شدگی در غشاها، نشان از عدم نرم شدگی غشاهای خالص و نانوکامپوزیت تا فشار خوراک هشت بار دارد.