عنوان

مطالعه تجربی اصلاح غشای زئولیتی SSZ-13 با پوشش سطحی سل سیلیکا

شماره

۴۷۸۷پ

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

فارسی

عنوان اصلي

مطالعه تجربی اصلاح غشای زئولیتی SSZ-13 با پوشش سطحی سل سیلیکا

نام عام مواد

[پایان نامه]

نام نخستين پديدآور

جهانگیر صدیقیان

نام ناشر، پخش کننده و غيره

صنعتی سهند

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۱

نام خاص و کميت اثر

۹۲ص.

ساير جزييات

مصور، جدول، نمودار

مواد همراه اثر

CD

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ارشد

نظم درجات

مهندسی شیمی- جداسازی

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۱/۱۰/۰۱

متن يادداشت

نظر به افزایش چشمگیر استفاده از هیدروکربن‌ها و گاز طبیعی جهت بهره‌گیری از آن‌‌ها در صنایع و مصارف خانگی، استفاده از فناوری غشایی جهت افزایش بازده و جلوگیری از خوردگی مسیرهای گاز و جایگزینی آن با روش‌های معمول از جمله استفاده از جاذب‎ها می‌تواند حائز اهمیت باشد. در حال حاضر تفکیک متان از نیتروژن توسط روش‌های متنوعی از جمله تقطیر تبریدی صورت می‌گیرد که به دلیل مخارج زیاد و صرف انرژی فراوان آن، تحقیقات برای استفاده از روش‌های دیگر را افزایش داده است. از جمله روش‌های جایگزین تقطیر می‌توان به فرآیندهای غشایی و جاذب‌ها اشاره کرد. از جمله غشاهای مؤثر و پایدار در جداسازی گازی می‌توان غشاهای زئولیتی با ساختار چابازیت را نام برد. غشاهای زئولیتی به دلیل ساختار بلوری و اندازه حفرات در ابعاد مولکولی جایگاه ویژه‌ای در جداسازی گازی دارند. در غشاهای زئولیتی عیوب ساختاری لایه غشایی و حفرات غیر زئولیتی باعث کاهش قدرت انتخاب‌گری آن‌ها می‌شود؛ بنابراین، اصلاح حفرات غیر زئولیتی و ترمیم لایه غشایی پس از سنتز آن بسیار مهم است. غشاهای زئولیتی SSZ-13 عملکرد مطلوبی در جداسازی دی‌اکسیدکربن از متان دارند؛ اما به دلیل عملیات کلسینه جهت حذف ماده آلی قالب در ساختار آن و در نتیجه فعال‌سازی حفرات، مستعد تشکیل عیوب ساختاری و حفرات غیر زئولیتی می‌باشند. یکی از راهکارهای ساده و ارزان‌قیمت برای رفع عیوب، استفاده از پوشش‌دهی سطح با سل سیلیکا می‌باشد. به‌منظور کاهش اثر لایه مذکور در مقاومت انتقال جرم، پیش‌بینی می‌شود که بتوان با استفاده از pH مناسب، پوشش اضافی بر روی لایه زئولیتی را تخریب کرد بنحویکه تأثیر نامطلوبی در فعال‌شدن مجدد حفرات غیر زئولیتی و عیوب ساختاری نداشته باشد. در پژوهش حاضر عبوردهی متان در غشای سنتز شده با فشار 2 بار mol.m-2.s-1.pa-1 10-9 × 54/75، عبوردهی نیتروژن برابر با mol.m-2.s-1.pa-1 10-9 × 87/109 و عبوردهی دی‌اکسیدکربن برابر mol.m-2.s-1.pa-1 10-9 × 17/767 بود. با توجه به وجود حفرات غیر زئولیتی ایجاد شده در غشاهای زئولیتی به دلیل فرایند کلسیناسیون و عبور قابل‌توجه گازهای مختلف از طریق حفرات غیر زئولیتی، غشا به وسیلة یک‌لایه سیلیکایی اصلاح گردید و عبوردهی گازهای مختلف به طور قابل‌توجهی کاهش یافتند، به‌طوری‌که عبوردهی متان در فشار 2 بار برابر mol.m-2.s-1.pa-1 10-9 × 10/12، عبوردهی نیتروژن mol.m-2.s-1.pa-1 10-9 × 24/52 و عبوردهی دی‌اکسیدکربن mol.m-2.s-1.pa-1 10-9 × 35/700 شده و انتخاب‌گری ایده‌آل دی‌اکسیدکربن/متان به 87/57 و دی‌اکسیدکربن/نیتروژن به 41/13 رسید. به دلیل پوشش کامل سطح به وسیلة سیلیکا، غشا به وسیلة اسیدسولفوریک 4/0 مولار اصلاح شد و عبوردهی متان در فشار 2 بار و دمای محیط نسبت به قبل از اصلاح به وسیلة اسیدسولفوریک و سیلیکا 7/44 درصد کاهش، عبوردهی نیتروژن 21 درصد کاهش و عبوردهی دی‌اکسیدکربن 5/2 درصد کاهش یافت. همچنین انتخاب‌گری دی‌اکسیدکربن/متان و دی‌اکسیدکربن/نیتروژن به ترتیب 77 درصد و 25 درصد افزایش یافت که نشان‌دهندة حذف لایه سیلیکایی بر روی سطح غشا و پرشدن حفرات غیر زئولیتی است. بهترین نتایج به‌دست‌آمده 4 ساعت بعد از اصلاح با اسید بوده که بالاترین میزان انتخاب‌گری دی‌اکسیدکربن/متان را نشان داده است.

متن يادداشت

Considering the significant increase in the use of hydrocarbons and natural gas in industry and domestic use, it is important to use membrane technology to increase efficiency, prevent corrosion of gas paths, and replace it with conventional methods, including using absorbents. Currently, the separation of methane from nitrogen is done by various methods, including refrigeration distillation, which has increased research for other methods due to its high costs and high energy consumption. Alternative distillation methods, membrane processes, and adsorbents can be mentioned. Among the effective and stable membranes in gas separation, zeolite membranes with chabazite structure can be mentioned. Zeolite membranes have a special place in gas separation due to their crystalline structure and the size of the holes in molecular dimensions. In zeolite membranes, the structural defects of the membrane layer and non-zeolite cavities reduce their selectivity; Therefore, modifying the non-zeolite pores and repairing the membrane layer after its synthesis is imperative. SSZ-13 zeolite membranes have a good performance in separating carbon dioxide from methane; However, due to the calcination operation to remove the organic matter of the mold in its structure and as a result of activating the holes, they are prone to the formation of structural defects and non-zeolitic holes. One of the simple and cheap solutions to fix defects is to use surface coating with silica gel. To reduce the effect of the mentioned layer on the mass transfer resistance, it is predicted that by using the appropriate pH, the excess coating on the zeolite layer can be destroyed so that it does not harm the reactivation of non-zeolite cavities and structural defects. In the present study, methane permeation in the synthesized membrane with a pressure of 2 bar equal to 54.75 × mol.m-2.s-1.pa-1, nitrogen permeability equal to 87.10 × mol.m-2.s-1.pa-1 and carbon dioxide permeability equal to 767.17 × mol.m-2.s-1.pa-1. Due to the presence of non-zeolite holes created in zeolite membranes due to the calcination process and the significant passage of various gases through the non-zeolite holes, the membrane was modified with a silica layer, and the permeability of various gases was significantly reduced so that the permeability of methane at 2 bar was 10.12 × mol.m-2.s-1.pa-1, nitrogen permeability was 52.24 × mol.m-2.s-1.pa-1 and carbon dioxide permeability 700 × mol.m-2.s-1.pa-1, and the ideal selectivity of carbon dioxide/methane reached 57/87, and carbon dioxide/nitrogen reached 13/41. Due to the complete coverage of the surface by silica, the membrane was modified by 0.4 M sulfuric acid, and the permeability of methane at 2 bar pressure and ambient temperature decreased by 44.7% compared to before modification by sulfuric acid and silica, and the permeability of nitrogen decreased by 21%.Furthermore, carbon dioxide permeability decreased by 2.5%. Also, the selectivity of carbon dioxide/methane and carbon dioxide/nitrogen increased by 77% and 25%, respectively, which indicates the removal of the silica layer on the surface of the membrane and the filling of non-zeolite cavities. The best results were obtained 4 hours after modification with acid, which showed the highest selectivity of carbon dioxide/methane.

عنوان گونه گون

Experimental study of SSZ-13 zeolite membrane modification with silica gel surface coating

موضوع مستند نشده

غشای زئولیتی SSZ-13، اصلاح سطح، سیلیکا، اسیدسولفوریک

اصطلاح موضوعی

غشای زئولیتی SSZ-13، اصلاح سطح، سیلیکا، اسیدسولفوریک

اصطلاح موضوعی

SSZ-13 zeolite membrane, surface modification, silica, sulfuric acid

مستند نام اشخاص تاييد نشده

صدیقیان، جهانگیر

عنصر شناسه اي

مقصودی

عنصر شناسه اي

علیزاده

ساير عناصر نام

، حافظ

ساير عناصر نام

، رضا

کد نقش

استاد راهنما

کد نقش

استاد راهنما

عنصر شناسه اي

صنعتی سهند

کشور

ایران

سازمان

دانشگاه صنعتی سهند

تاريخ عمليات

20230913

شماره بازیابی

شیمی، ۲۱۰۷۹، ۱۴۰۱

تاريخ و ساعت مذاکره و دسترسي

pch21079.pdf

فرمت انتشار

p

نوع ماده

TF

کد کاربرگه

92029

سطح دسترسي

a

تكميل شده

Y