سنتز لایه غشایی سیلیکایی دوپهشده با کبالت بر روی پایههای نانوساختار سرامیکی با استفاده از زایروژل سیلیکایی
[پایاننامه]
Synthesis of Co-doped silica membrane layer on nanostructure ceramic supports using silica xerogel
/مسعود مجیدی بیرق
: مهندسی شیمی
، ۱۳۹۶
۸۵ص
زبان: فارسی
زبان چکیده: فارسی
چاپی - الکترونیکی
مصور، جدول، نمودار
کارشناسی ارشد
مهندسی شیمی - فرایندهای جداسازی
۱۳۹۶/۱۱/۰۱
صنعتی سهند
هلیم از مهمترین مواد مورد استفاده در دستگاههای پزشکی و ماده اولیه برای فناوریهای مدرن میباشد .امروزه جداسازی و تولید هلیم از گاز طبیعی توسط فرایند تقطیر برودتی انجام میگیرد .اما به دلیل هزینهبر بودن فرایندهای متعارف امروزی برای چگالش حجم زیادی گاز و دستیابی به مقدار اندک هلیم موجود در گاز طبیعی، همواره محققان در پی روشی نوین جهت تولید این گاز ارزشمند بودهاند .در همین راستا، فناوری غشایی به دلیل دارا بودن مزایای قابلتوجهی از قبیل سادگی عملیاتی، مصرف پایین انرژی، هزینههای پایینتر، سازگاری با محیط زیست و همچنین عدم نیاز به تغییر فاز، مورد توجه قرار گرفته است .در بین غشاهای مورد استفاده در این زمینه، غشاهای سیلیکایی به علت پایداری حرارتی، شیمیایی و مکانیکی بالا و عملکرد منحصربفرد در جداسازی گاز هلیم، گزینه بالقوه مناسبی جهت استفاده در فرایند غشایی هستند .مشکل عمده این غشاها، ناپایداری در اتمسفرهای مرطوب میباشد .دوپهکردن فلزات درون ساختار آمورف سیلیکا روشی است که جهت بهبود غشاهای سیلیکایی از نظر عملکردی و همینطور افزایش پایداری هیدروترمال آنها گزینه مناسبی میباشد .برای تهیه غشاهای سیلیکایی دوپهشده با کبالت ابتدا پایههای نگهدارنده توسط پوششدهی لایههای گاما-آلومینا بعنوان لایههای میانی، اصلاح سطح گردیدند و آنالیزها و ارزیابیهای مختلف نشان از رسیدن این پایهها به اندازه حفرات نانومتری مناسب برای پوششدهی لایههای غشایی میباشد .در ادامه زایروژلهای سیلیکایی و سیلیکایی دوپهشده با کبالت سنتز و ارزیابی گردیدند .سپس دو روش برای سنتز غشای سیلیکایی دوپهشده با کبالت در پیش گرفته شد، در حالت اول چهار لایه سیلیکا-کبالت بر روی پایههای مذکور پوششدهی گردید که تصاویر SEM نشانگر ایجاد ترک در سطح غشا بود، علت این ترک میتواند تجمع ذرات اکسید کبالت در نواحی با ضخامت پایین از لایه میانی باشد که منجر به جدا شدن لایه رویی در آن نواحی گردیده است .لذا تصمیم بر این شد که در حالت دوم، افزون بر افزایش تعداد لایههای گاما-آلومینا از دو به چهار، پیش از پوششدهی لایههای سیلیکا-کبالت چند لایه سیلیکای خالص نیز پوششدهی گردد، غشای حاصل طبق این روش متشکل از چهار لایه گاما-آلومینا، سه لایه سیلیکا و دو لایه سیلیکا-کبالت گردید .نتایج SEM نشان از تشکیل مناسب لایههای غشایی و ضخامت نانومتری لایههای سیلیکایی و سیلیکایی دوپهشده با کبالت دارد .نتایج آزمونهای عبوردهی در دمای محیط و دماهای بالا با قطعیت دلالت بر حاکمبودن مکانیسم غربال مولکولی و خاصیت انتقال فعال در دماهای بالا برای عبور گازها از غشای حاصل دارد .انتخابگری هلیم به متان از دمای ░ C۲۰۰ تا ░ C۴۰۰، از عدد ۱۲ به عدد ۲۵ افزایش یافت .از اینرو سنتز غشای سیلیکایی دوپهشده با کبالت به روش استفاده از زیرلایههای فعال-شده سیلیکایی و با استفاده از روش ارائهشده برای سنتز زایروژل سیلیکایی در مراجع، موفقیتآمیز بوده و منجر به عملکرد مناسبی در جداسازی هلیم از متان گردیده است.
Synthesis of Co-doped silica membrane layer on nanostructure ceramic supports using silica xerogel
غشای نانوساختار سیلیکایی
سل-ژل
سیلیکای دوپهشده با کبالت
زایروژل سیلیکایی
غشای نانوساختار سیلیکایی، سل-ژل، سیلیکای دوپهشده با کبالت، زایروژل سیلیکایی