بخشی از مقاله
خلاصه
تراوایی بالا موجب کاهش سطح غشا میشود و درنتیجه هزینهی سرمایهگذاری پایین میآید، گزینشپذیری بالا هم موجب خلوص محصول میشود. ازاینرو محققان در حال توسعهی موادی برای غشا هستند که هم تراوایی و هم گزینشپذیری بالایی داشته باشند و همچنین مقاومت بالایی در برابر اجزاء خوراک و شرایط عملیاتی ازخود نشان دهند. جداسازی گازها توسط غشاهای پلیمری منجر به موفقیتهای زیادیدر فرِندهای جداسازی شده است. هرچند استفاده از غشاهای پلیمری به علت ضعفهایی مانند حلالهای محدود، مقاومت حرارتی و شیمیایی کم و به وجود آمدن پدیدهی تورم، محدودیتها و مشکلاتی را در غشا و فرآیند جداسازی ایجاد میکند.
تلاش محققان بمنظور حذف این ضعف ها منجر به اصلاح غشای پلیمری و ساخت غشا با مواد غیر آلی شد. غشاهای غیر آلی علاوه بر توانایی مقاومت در دماهای بالا، ظرفیت و طول عمر بالایی را نیز در مقایسه با غشاهای پلیمری ازخود نشان میدهند.
تحقیقات انجامشده برای غلبه بر محدودیتهای غشاهای پلیمری و غیرآلی و رسیدن به تراوایی بالا توأم با گزینش پذیری مناسب در فرآیندهای جداسازی، درنهایت منجر به توسعه غشاهای جدیدی شامل پرکنهای غیرآلی که روی شبکه پلیمری پخش شدهاند، شد که به آنها غشاهای شبکه آمیخته1 میگویند. انتخاب نوع پلیمر و پرکن و مقدار پرکن مورد استفاده عوامل بسیار تأثیرگذار در عملکرد غشاهای شبکه آمیخته میباشند. همچنین برای انتخاب بهتر شبکه پلیمری و پرکن مناسب باید مکانیسم انتقال و اجزای گازی عبوری از بین غشا مورد توجه قرار گیرد.
.1 مقدمه
در دهههای اخیر، مطالعات پیرامون غشاهای شبکهآمیخته بسیار مورد توجه قرار گرفتهاست. بطور کلی این دسته از غشاها بهعنوان روشی جایگزین برای دستیابی همزمان به مزایای گزینش پذیری غشاهای ساخته شده از مواد غیرآلی و قابلیتهای فرآیندی و اقتصادی غشاهای حاصل از مواد آلی، مورد استفاده قرار گرفتهاند. بنابراین تحقیقات انجام شده بیشتر بر استفاده از پرکنندههای معدنی، درون شبکه پلیمری، با هدف حل مشکل عدم توازن میان گزینشپذیری و تراوایی، و همچنین غلبه بر دیگر مشکلات غشاهای خالص ساخته شده از مواد پلیمری و معدنی، تمرکز داشته است.
غشاهای پلیمری موجود بر اساس تفاوت در نفوذ گازهای مختلف با یکدیگر، برای جداسازی آنها گزینشپذیر میباشند؛ اما از طرفی هرچه تراوایی غشا برای عملیات جداسازی افزایش یابد خود باعث کاهش گزینش پذیری آن میشود. این مطلب توسط رابسون1 در سال 1990 بهصورت نموداری در شکل زیر - 1 - نشان دادهشده است.
شکل :1 محدودیت رابسون .
اخیراً بهمنظور رسیدن به غشایی که بتواند بر محدودیت رابسون غلبه کند و عملیات جداسازی با تراوایی بالا توأم با گزینش پذیری مناسب صورت پذیرد، غشاهای شبکه آمیخته بسیار مورد توجه قرارگرفته اند. تصویر کلی ساختار غشاهای شبکهآمیختهی ایدهآل، همانطور که در شکل 2 مشاهده میشود، شامل شبکه پلیمری و فاز پراکنده میباشد. قسمت خاکستری کمرنگ، فاز پیوسته پلیمری، و ذرات پررنگتر، فاز پراکنده را نشان میدهد. در این ساختار تماس بین پلیمر و ذرات را ایدهآل درنظر گرفته و لذا می توان گفت که این مورفولوژِی از مدل ایدهآل ماکسول2 پیروی میکند.
شکل :2 نمایش مورفولوژی ایدهآل در غشاهای .[2] MMM
همانطور که در شکل 3 مشاهده میشود، باتوجه به چگونگی تماس شبکه پلیمری با ذرات پراکنده و میزان چسبندگی آنها، ساختارهای متفاوتی در سطح تماس میتواند رخ دهد. بنابراین بسته به چسبندگی ذره - پلیمر، ساختارهای متفاوتی میتواند در سطح تماس این دو فاز مشاهده شود
شکل :3 ساختارهای متفاوت در سطح تماس پلیمر و پرکن.
چسبندگی ضعیف پلیمر و پرکن، شکستن زنجیرههای پلیمری در نزدیکی ذرات پراکنده و نیروی دافعه بین دو فاز ازجمله عوامل شکلگیری حفرههای میانی غیرگزینش پذیر در سطح تماس دوفاز میباشند . - caseIV - وجود این ضعفها در هنگام عبور گاز، موجب کاهش گزینش پذیری و افزایش تراوایی غشا میشود. این مورفولوژی خاص اغلب بهعنوان نقص در لایه میانی و بهصورت نشتی تشخیص داده میشود.
زمانی که چسبندگی بین دو فاز خوب است، حجم آزاد واقعشده در نزدیکی سطح تماس پرکن و پلیمر کاهش مییابد که این پدیده به سخت شدن پلیمر معروف است - caseIII - ، که می-تواند باعث کاهش تراوایی و افزایش گزینشپذیری گردد. دو نقص ذکر شده در لایه میانی میتواند هم درزمانی که ذرات پراکنده متخلخل و هم هنگامی که ذرات غیرمتخلخل در فاز پیوسته پخش میشوند، رخ دهد. اما مشکل سوم که در شکل - caseII - نشان دادهشده است، انسداد حفره در سطح تماس میباشد
