بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به بررسی غشاي پلی اتر سولفون اصلاح شده با نانو لوله هاي کربنی جهت خالص سازي بیو گاز پرداخته شده است. غشاء با ماتریس ترکیبی پلی اتر سولفون، با اصلاح و بدون اصلاح نانو لوله هاي کربنی، به روش تغییر فاز خشک/مرطوب و با استفاده از فیلم کش بررسی گردیده است. نانو لوله هاي کربنی اصلاح شده با اصلاح کننده شیمیایی اسیدي بهبود پیدا می کنند که این امر به زنجیره پلی اتر سولفون اجازه می دهد که به سطح نانو لوله هاي کربنی متصل شود. در همین حال، شکاف هاي نانویی در سطح پلیمر و نانولوله هاي کربنی در غشاي ماتریسی آمیخته پلی اتر سولفون با نانولوله هاي کربنی اصلاح نشده ظاهر گردید. غشا با ماتریس پلیمري ترکیبی با نانو لوله هاي کربنی اصلاح شده خواص مکانیکی و نفوذ پذیري همه گازها را افزایش می دهد.
واژه هاي کلیدي :لپط ، بیوگاز، غشا، ماتریس، نانولوله کربنی
-1مقدمه
یکی از مهم ترین چالش هاي که جهان ما در قرن 21 با آن رو به رو می باشد، تداوم مواجه شدن با افزایش نیاز هاي شهروندان می باشد. همراه با نیاز براي پیدا کردن منبع انرژي تجدید پذیر که براي مدت طولانی در دسترس باشد نیاز به پیدا کردن منبعی که سازگاري بیشتري با محیط زیست داشته باشد وجود دارد یکی از امید هاي منابع انرژي به عنوان یک راه حل براي مشکل انرژي جهان در آینده، زیست توده است. زیست توده شامل درختان، محصولات کشاورزي، گیاهان، مواد زائد کشاورزيو جنگلی، زباله تولید شده از مواد غذایی و آشامیدنی، فضولات حیوانی،لجن هاي به دست آمده از تصفیه پساب و بخش آلیفاضلاب هاي خانگی، می باشد.
اصطلاح معمول براي توصیف منشاء بیواوژیکی محصولات شامل ترم هایی مانند بیو سوخت، بیو انرژي و بیو گاز می باشد. سه دسته مهم تکنولوژي هاي بیو شیمیایی وجود دارد که براي تولید زیست توده یا بیوگاز توسعه یافته است. تخمیر اتانول، تولید بیودیزل و هضم بی هوازي. هضم بی هوازي یک فرآیند طبیعی است که با بهره گیري از باکتري هايمتانزا در محیطی فاقد اکسیژن، مواد زائد آلی را به بیو گاز تبدیل می کند[2] .به هر حال استفاده از بیو گاز هنوز داراي محدودیتهایی مانند کیفیت کم بیو گاز که شامل مقدار قابل توجهی 20 - تا 45 در صد حجمی - و 0 - تا 1درصد
حجمی - علاوه بر جزء اصلی 55 - تا 80 درصد حجمی - می باشد.
استفاده از بیو گاز به عنوان منبع انرژي مؤثر به شدت به غلظت متان وابسته است. بنابراین بیو گاز خالص و غنی شده از متان را می توان در مصارف خانگی، سوخت اتومبیل ها و یا تولید
الکتریسیته استفاده نمود. بیو گاز تولیدي قابل انتقال است. این کار با فشرده سازي گاز در سیلندر ها انجام می پذیرد، این کار پس از حذف ، و بخارات آب امکانپذیر می باشد. پتانسیل هاي مختلفی وجود دارد که از بیو گاز به عنوان سوخت هایی مانندنشه در وسایل نقلیه، با فشرده سازي و پر کردن سیلندر ها پس از شستشو و خشک کردن استفاده نمود. غنی سازي متان در بیوگاز براي داشتن سوختی با ارزش گرمایی بالا را می توان با حذف دي اکسید کربن به دست آورد.
حذف دي اکسید کربن از گاز دودکش به افزایش ارزش گرمایی آن و همچنین از بین بردن گازهاي گلخانه اي کمک می کند. از دي اکسید کربن می توان به عنوان مبرد مؤثر استفاده کرد. تکنولوژي هاي خالص سازي گاز خروجی و افزایش ارزش حرارتی آن در حالت اولیه به روش هاي فیزیکوشیمیایی مانند جداسازي شیمیایی، جداسازي غشایی و جداسازي برودتی و همچنین جذب سطحی محدود می شود.در حال حاضر جداسازي غشایی گازها روش عملیاتی مهمی را به وجود آورده است که مزایاي خاصی را نسبت به روش هاي جداسازي معمولی مانند جذب، تقطیر، شستشو، تصفیه با آمین پیشنهاد می کند.[3]
تکنولوژي جداسازي غشایی گازها مزایاي قابل توجهی ارائه می نماید،مثلاً جداسازي غشایی اغلب فشرده و داراي قسمت هاي کوچک می باشد، سیستم هاي غشایی می تواند در شرایط عملیاتی متوسط با تجهیزات ساده کار نماید، علاوه بر این ها استفاده از فرآیند هاي غشایی باعث کاهش چشمگیري در مصرف سوخت و انرژي الکتریکی می شود. غشاهاي ترکیبی که از ترکیب مواد آلی- معدنی ترکیب یافته به عنوان مواد غشایی آینده بسیار مورد توجه است. غشاهاي هیبریدي یا غشاها با ماتریس ترکیبی، به مفهوم ترکیب مزایایی چون جداسازي بالا قابلیت غربال مولکولی و خواص مکانیکی مطلوب و اقتصادي بودن قابلیت هاي پلیمر می باشد. [3-5 ] از مطالعات زیادي گزارش شده است که استفاده از پرکننده هاي متخلخل یا غیر متخلخلی معدنی مانند زئولیت ها، سیلیکا و غربال مولکولی کربن و کربن فعال، عملکرد جداسازي غشاء با ماتریس ترکیبی را می تواند بهبود داد.
در حال حاضر تلاش هاي قابل توجهی در جهت ساخت غشا با ماتریس ترکیبی همراه با نانو لوله هاي کربنی به عنوان بیشترین پتانسیل پرکننده ها صورت گرفته است.[ 6 ] دو نوع نانو لوله کربنی - 1شه - در حالت کلی وجود دارد: نانو لوله هاي تک جداره 1 - شحح - و نانو لوله چند جداره - 1شحق - .[7] در این رابطه توجه بیشتر محققان به سمت ساخت غشاء با ماتریس ترکیبی توسط پخش نانو لوله ها خواه به صورت تک جداره 1 - شحح - و خواه به صورت چند جداره 1 - شحق - ، در ماتریس هاي پلیمري مختلف اختصاص داده شده است. خواص پلیمر نانو کامپوزیتی شامل نانو لوله هاي کربنی به چندین فاکتور علاوه بر پلیمر بستگی دارد: فرآیند سنتزي که براي تولید نانو لوله ها استفاده می شود، فرآیند خالص سازي نانو لوله ها، مقدار و نوع ناخالصی ها در نانو لوله ها و نوع آنها، قطر، طول و جنبه هاي نسبی نانو لوله در
