بخشی از مقاله
چکیده
در صنعت عظیم پتروشیمی ، طراحی های خلاقانه و روش های توسعه فرآیند با هدف کاهش اندازه تجهیزات ، مصرف کمتر مواد اولیه و انرژی ، و تولید پسماند حداقلی بایستی مد نظر قرار گیرند . همچنین ، در حال حاضر کشور ما و دنیا در برهه زمانی خاصی از لحاظ بهینه سازی فرآیند های استفاده از منابع انرژی ، پیشگیری از هدررفت این منابع و حفظ آن برای نسل های آینده و تامین منابع انرژی جدید ، مقرون به صرفه و پاک قرار دارد.
یکی از موثرترین روش ها برای نیل به این اهداف ، استفاده از فرآیندهای مدرن غشایی است . فرآیند های غشایی دارای مزیت های فراوانی نسبت به بسیاری از روش های مرسوم جداسازی - نظیر تقطیر ، استخراج، جذب ، و جذب سطحی - می باشند در فرآیند های غشایی هیچ گونه تغییر فازی ، که معمولا بسیار انرژی بر هستند ، رخ نمی دهد ، از جاذب های گران قیمت استفاده نمی شود ، و لزوم استفاده از حلال هایی که کار کردن با آنها آسان نیست نیز وجود ندارد . این در حالی است که این فرآیند ها بسیار فشرده بوده و به راحتی قابلیت افزایش مقیاس دارند ،
کاملاً خودکار بوده و دارای هیچ جزء متحرکی نمی باشند . در همین راستا و با توجه به اهمیت فرآیند های جداسازی به روش های غشایی و نیاز مبرم کشور به استفاده از این فناوری به روز و راهبردی ، و همچنین مشکلات موجود در زمینه تامین این فناوری ها از خارج از کشور ، یکی از اهداف اصلی و بلند مدت ، دستیابی به فناوری های ساخت انواع مختلف غشاها ، فناوری های مربوط به مدول کردن این غشاها ، و توسعه فرآیند های مختلف غشایی در کشور بوده و می باشد .
مقدمه یا بیان مسئله
فرآیندهای غشایی در صنعت جداسازی گاز از جمله جداسازی هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن ، دی اکسیدکربن ، فرآیندهای گاز طبیعی ، تراوش تبخیری ، نم زدایی از هوا و غیره کاربردهای ویژهای پیدا کردهاند . این غشاها معمولا از جنس کربن ، سرامیک و یا پلیمر می باشند . غشاهای پلیمری داری ویژگی هایی چون فرآیند پذیری ، خواص مکانیکی مطلوب و هزینه ی ثابت و نگهداری پایین هستند . از این رو، در جداسازی گاز، مورد توجه محقیقن قرار گرفته اند - . - 1
در بین انواع غشاها ، غشاهای پلیمری از سابقه ی طولانی تری در زمینه جداسازی برخوردار هستند. انواع مختلف غشاهای پلیمری با روش های مختلف نظیرسخت شدن حرارتی ، کشش پلیمر، حک اثر و جدایش فازی - غوطه ورسازی محلولی - تولید شده و کارایی آنها در خالص سازی گازها مورد بررسی قرار گرفته است - . - 2 مفهوم غشاهای شبکه آمیخته برای غلبه بر این معضل غشاهای پلیمری ارائه شد .
در این تکنولوژی جدید ، که انتظار می رود در آینده جانشین غشاهای معمولی در جداسازی گاز باشد ، خواص ویژه جداسازی مواد معدنی غربال مولکولی با خواص مکانیکی و به صرفه بودن اقتصادی مواد آلی پلیمری ترکیب شده است. مواد معدنی مورد استفاده در ساخت غشاهای شبکه آمیخته به عنوان فاز پراکنده ، دارای ساختار منحصر به فردی از لحاظ سطح شیمیایی و مقاومت مکانیکی بالایی هستند و انتظار می رود هنگامی که آن ها را به ماتریس پلیمر اضافه کنیم ، خواص تراوایی و جداسازی پلیمر ، مقاومت مکانیکی و گرمایی را به نحو مطلوبی افزایش دهند.
اهداف و روش پژوهش
پلی یورتان های بزرگ مولکول ، پلیمرهایی هستند که از واکنش میان پلی ایزو سیانات و سایر پلیمرها - که معمولا به عنوان پلی ال شناخته می شوند - که شامل هیدروژن فعال - OH ، COOH ، ...... - هستند ، تشکیل می شوند . تعداد مواد اولیه ، هم پلیال ها و هم پلی ایزو سیانات ها ما را قادر به داشتن بسیاری از تر کیبات با گستره ی وسیعی از خواص می کند . آمیخته کردن پلیمرهای مختلف برای ساخت غشاهایی با خواص برتر نسبت به اجزای خالص اولیه آمیخته به منظور دستیابی به خواص جداسازی بهتر همیشه مورد توجه پژوهشگران بوده است . بازده جداسازی گاز در غشاهای آمیخته ای به طور عمده به ترکیب درصد ، خواص انتقال و ریزساختار فازها مرتبط است .
در غشاهای آمیخته ای همگن، فرایند نفوذ تحت تأثیر بر هم کنش بین اجزای سازنده آمیخته است ، در حالی که در غشاهای آمیخته ای ناهمگن ، پدیده های بین سطحی و لاستیکی یا شیشه ای بودن اجزای آمیخته اثر بسزایی بر نفوذپذیری غشاهای آمیخته ای دارد . همچنین ، در سامانه های آمیخته ای ناهمگن ، جدایی فازها ممکن است در مقیاس ریز یا درشت رخ دهد . مقدار ناهمگنی و نیز روش ساخت غشا می تواند بر خواص انتقال پذیری غشای نهایی اثرگذار باشد . از بهترین ویژگی های پلی یورتان ، تغییر پذیری در ساختار آن است .
این موضوع امکان سنتز پلیمرهایی با خواص ویژه و منحصر به فرد را فراهم می کند . امروزه غشا در صنایع شیمیایی جایگاه مهمی به دست آورده است و دارای کاربردهای فراوانی در جداسازی گازها ، اسمز معکوس ، دارورسانی و دیالیز است . ویژگی اساسی غشاها ، کنترل سرعت تراوایی مواد شیمیایی از آن ها است . در ساخت غشاها با توجه به کاربردی که دارند ، هدف خاصی دنبال می شود،مثلاً در دارورسانی ، هدف متعادل کردن سرعت تراوایی دارو از مخزن به بدن است .
در کاربردهای جداسازی ، هدف این است که یک جز از مخلوط آزادانه از غشا عبور کند ، درحالی که از عبور سایر اجزا جلوگیری شود . از بهترین ویژگی های پلی یورتان ، تغییر پذیری در ساختار آن است . این موضوع امکان سنتز پلیمرهایی با خواص ویژه و منحصر به فرد را فراهم می کند . در پلی یورتان های چندجزئی ، قطعه سخت مانند پرکننده یا شبکه اتصال عرضی فیزیکی عمل می کنند . این قطعه ها به شکل بلوری یا بی شکل شیشه ای هستند ، درحالی که قطعه نرم به شکل فازهای لاستیکی با انعطاف پذیری زیادند .
نسبت قطعه سخت به نرم را می توان در مرحله سنتز پلیمر برای به دست آوردن پلی یورتانی با ویژگی های منحصر به فرد تغییر داد . این پلیمرها ممکن است ، ویژگی های بسیار مناسبی از لحاظ خواص مکانیکی و گرمایی به دلیل ساختار شیمیایی ویژه و نیز وجود جدایی فاز بین قطعه های نرم و سخت ، داشته باشند . پلی یورتان بر پایه پلی دی متیل سیلوکسان - PDMS - از پلیمرهای مورد توجه برای ساخت غشا در جداسازی گازهاست . این موضوع به طور عمده به دلیل وجود پیوندهای سیلوکسانی و خواص تراوایی زیاد گازها و بخارهای آلی در این پلیمرها است - . - 3
یافته های پژوهش
Teo و همکاران در نوامبر 1997 با استفاده از مجموعه ای از الاستومر های پلی یورتان - اوره که حاوی آمین 4 ،-40 دیفنیل متان دی ایزو سیانات و پلی اتیلن گلایکول با وزن مولکولی 400 و 600 اقدام به ساخت غشا جداسازی گاز کردند . گروه های عاملی متیل دی اتانول آمین - MDEA - و تترا اتیلن پنتا آمین - TEPA - به عنوان یک زنجیر توسعه یافته سخت معرفی شدند . تراوایی CO2 در حداقل جریان فشار پایین Tgs قرار دارد .
