متدی برای ترکیب نانوذرات سیلیکات هیدروفوبیک روی غشاهای فیبر توخالی پلی اتریمید
چکیده
در یک کنتاکتور غشایی گاز-مایع، یک اندازه منفذ بزرگتر منجر به یک مقاومت انتقال جرمی غشایی پایین تری می شود. اما اندازه منفذ غشایی معمولا محدود به مسئله مرطوب سازی منفذ است برای مثال یک اندازه منفذ بزرگ به معنای تمایل مرطوب سازی بالاتر است. به عنوان یک بررسی، این مقاله گزارش یک غشایی فیبر توخالی متخلخل پلی اتریمید یا PEI با تخلخل سطح بالا و اندازه منفذ بزرگ برای به حداقل رسانی مقاومت انتقال جرم غشایی با استفاده از یک تارساز سه دهانه در یک پروسه ریسیدن فیبر توخالی گزارش داده است و با رهیافت تازه ای از ترکیب نانوذرات NPs سیلیکات فلوردار (fSiO2)برای ایجاد مقاومت هیدروفوبیک و شیمیایی بالای سطح غشایی جهت پیشگیری از مرطوب سازی غشا که با اندازه منفذ بزرگ روی سطح غشایی ایجاد شده است، دنبال می شود. کمپوزیت تازه ایجاد شده غشاهای فیبر توخالی مقدار زاویه تماسی پیشرفته 123.3 درجه، مقدار زاویه تماسی کم شده 107.2 درجه ای، و پسماند زاویه تماسی تنها 15.9 درجه ای را نشان داده اند که نشاندهنده خاصیت مقاومت به آب بالا است. غشای کامپوزیت نیز یک خاصیت استحکامی بالاتری را در مقایسه با سوبسترای اصلی PEI را نشان داد. جریان جذب CO2 غشاهای کامپوزیت هم در جذب فیزیکی و هم در جذب شیمیایی در یک سیستم کنتاکتور غشای گاز-مایع مورد تحقیق قرار گرفت. کنتاکتور غشایی یک عملکرد ثابتی را در کل عملکرد طولانی مدت 60 روزه با استفاده از محلول آبی سدیم تائورینات 2 مول به عنوان جاذب مایع نشان داد.
کامپوزیت به شدت هیدروفوبیک غشای فیبر توخالی قادر به عملکرد بهتر از یک غشای معمولی هیدروفوبیک پلیمری از لحاظ جریان جذب گازی برتر و قابلیت ثبات طولانی مدت بود که حاکی از آنست که تشکیل غشاهای کامپوزیت الی-غیرآلی یک راه موثر برای تقویت عملی بودن پروسه های کنتاکتور برای کاربردهای عملی است. نتایج نقش مهم تکنیک های ساخت و اصلاح غشا را در تسهیل تجاری سازی تکنولوژی کنتاکتور غشا نشان داد.
1-مقدمه
تکنولوژی کنتاکتور غشایی که پروسه جذب اسیدگاز را با غشاها ادغام می کند به طور فزاینده ای به عنوان یک راه جایگزین نویدبخش در دهه های گذشته برای به دست آوردن CO2 دیده شده است. در یک کنتاکتور غشایی گاز-مایع ، یعنی جریان گاز و جریان محلول مایع در سمت های مختلف غشا، گاز هدف می تواند از طریق غشای با منافذ میکرو و جذب با یک جاذب مایع انتقال یابد. غشا به عنوان یک مانع مصنوعی میان فاز گازی و مایع عمل می کند با این حساب غشا غیرانتخابی است و قادر به حداقل رسانی مقاومت انتقال جرم است که توسط فاز غشایی اعمال می شود. در کل، کنتاکتور غشای گاز-مایع مزیت های زیادی را بر وسایل معمولی ارائه می دهد: 1) مساحت سطح بالا به ازای واحد حجم و مصرف انرژی کمتر به نحوی که اقتصادی تر باشد. 2) جریان فازهای گاز و مایع به طور مستقل در سمت های مختلف غشایی (فضای داخل و پوسته) و با اینحساب می تواند به طور جداگانه دستکاری شود 3) ساختار مودولار فشرده قابلیت انعطاف برای پایین بردن یا بالابردن مقیاس را فراهم می کند و 4) مساحت سطح مشترک مشخص گردیده که وابسته به شرایط عملیاتی است از اینرو عملکرد سیستم را می توان به سهولت پیش بینی کرد.
Abstract
In a gas–liquid membrane contactor, a larger pore size can result in a lower membrane mass transfer resistance. However, the membrane pore size is usually limited by the concern of pore wetting, e.g. a large pore size means a higher wetting tendency. As a breakthrough, this paper reported a porous polyetherimide (PEI) hollow fiber membrane with high surface porosity and large pore size to minimize the membrane mass transfer resistance by using a triple-orifice spinneret in the hollow fiber spinning process, and followed by a novel approach of fluorinated silica (fSiO2) nanoparticles (NPs) incorporation to make the membrane surface highly hydrophobic and chemical resistant to prevent the membrane from wetting caused by the large pore size on the membrane surface. The newly developed composite hollow fiber membranes showed the advancing contact angle value of 123.3°, receding contact angle value of 107.2°, and contact angle hysteresis of only 15.9°, indicating the high water resistant property. The composite membrane also exhibited a higher rigidity property compared with the original PEI substrate. The CO2 absorption flux of the composite membranes was investigated in both physical and chemical absorptions in a gas–liquid membrane contactor system. The membrane contactor showed a stable performance throughout the 60 d long-term operation using a 2 M sodium taurinate aqueous solution as the liquid absorbent.
The highly hydrophobic composite hollow fiber membrane was able to outperform a conventional polymeric hydrophobic membrane in term of superior gas absorption flux and outstanding long-term stability, suggesting that the formation of organic–inorganic composite membranes is an effective way to enhance the feasibility of membrane contactor processes for practical applications. The results demonstrated the important role of membrane fabrication and modification techniques in facilitating the commercialization of membrane contactor technology.
1. Introduction
Membrane contactor technology, which integrates the acid gas absorption process with the membranes, is increasingly seen as a promising alternative in past decades for CO2 capture. In a gas– liquid membrane contactor, the gas stream and liquid solution flow on different sides of the membrane, the target gas can transport through the microporous membrane and being absorbed by the liquid absorbent. The membrane serves as an interfacial barrier between the gas and liquid phase, thus the membrane is non-selective and able to minimize the mass transfer resistance posed by the membrane phase. Overall, the gas–liquid membrane contactor offers several advantages over the conventional devices: (1) high surface area per unit volume and less energy-consuming so that it is more economic; (2) the gas and liquid phases flow independently at the different sides of the membrane (lumen and shell), and hence can be manipulated separately; (3) the compact modular structure provides the flexibility for scale up or down; and (4) the interfacial area is known and independent to the operational conditions so that the system performance can be predicted easily [1,2].
چکیده
1-مقدمه
2- مراحل آزمایشی
2.1 مواد
2.2 تهیه غشای PEI
2.3 تشکیل غشای کامپوزیت
2.4 مشخصات غشا
2.5 آزمایشات کنتاکتور غشای گاز-مایع
3. نتایج و بحث
3.1 مفهوم تهیه سوبسترای PEI متخلخل با استفاده از تارساز سه دهانه
3.2 مشخصات سوبستراهای فیبر توخالی PEI
3.3 آنالیز ساختار شیمیایی غشا
3.4 مشاهده مورفولوژی غشا و تحلیل سختی سطح
3.5 هیدروفوبیسیته سطح غشاهای کامپوزیت
3.7 عملکرد کنتاکتور غشای گاز-مایع برای جذب CO2
4-نتیجه گیری ها
Highlights
Abstract
1. Introduction
2. Experimental
3. Results and discussion
4. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه