ارزیابی ساختارهای متفاوت غشای انتقال تسهیل یافته پلی‌وینیل‌پیرولیدن در حضور نمک‎های نقره و بررسی اثرات آن در فرآیند جداسازی اتیلن از اتان

در این تحقیق، دو نمک نقره با نام‌های نیترات نقره (agno3) و تترافلوروبورات نقره (agbf4) با درصدهای وزنی مشابه در ساختار لایه فعال غشای کامپوزیت pes/pvp بارگذاری شدند و اثرات متفاوتی که در ساختار و عملکرد این غشا در جداسازی اتیلن از اتان به‌وجود آوردند مورد بررسی قرار گرفتند. تشکیل کمپلکس‌های متفاوت بین بخش‎های کاتیونی نمک‎های نقره با گروه‌های کربونیل در ساختار لایه فعال غشا توسط آزمون طیف‎سنجی تحلیل گردید. یک گروه کربونیل با انرژی پیوندهای مختلف می‌تواند کمپلکس‌های مختلفی با مولکول‌های غیر اشباع گازی مانند اتیلن برقرار سازد. لذا، کیفیت جداسازی گاز اتیلن از اتان تحت تاثیر انرژی پیوند کربونیل قرار دارد. در این بررسی، ساختار لایه فعال و همچنین پایه غشاهای تولیدی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی تصویربرداری شدند. از آزمون تراوش‌پذیری گازهای خالص و مخلوط نیز برای تایید نتایج آزمون طیف‎سنجی و ارزیابی کیفیت جداسازی غشای تولیدی استفاده گردید. نتایج آزمون طیف‎سنجی نشان دادند کاتیون‌های نمک تترافلوروبورات نقره کمپلکس قوی‌تری در ساختار پلی وینیل پیرولیدن (پلیمر سازنده لایه فعال) ایجاد می‌کنند و در غلظت‌های مشابه با نمک دیگر، تعداد بیشتری از سایت‎های فعال ساختار پلیمر را درگیر کمپلکس کرده و به نوعی توزیع مناسب‌تری در ساختار لایه فعال غشا پیدا می‌کنند. آزمون تراوش‌پذیری نشان داد نمک تترافلوروبورات نقره اثر قوی‌تری در جذب مولکول‌های اتیلن نسبت به اتان دارد و انتخاب‌گری بالاتری نیز نسبت به نمک نیترات نقره ایجاد می‌کند. بالاترین تراوش‌پذیری و انتخاب‌گری اتیلن هنگام استفاده از نمک تترافلوروبورات نقره در بیشترین غلظت مولی (50%) و در بالاترین فشار کاری اتفاق افتاد که به‌ترتیب برابر با gpu 9.5 و 43 بود که در حالت گاز مخلوط به‌دست آمده است. این پارامترها در حالت گاز خالص اعدادی بیشتر به‌ترتیب gpu 15 و 64 را به‌خود اختصاص دادند.

Evaluation of Various Structures for PVP Facilitated Transport Membranes Containing Silver Salts and Its Effect on EthyleneEthane Separation Process

In this research, two silver salts, AgNO3 and AgBF4 with similar molar concentrations were incorporated into the active layer structure of PES/PVP composite membranes separately. Their different effects on the morphology and performance of ethyleneethane separation process were investigated through FTIRATR, SEM, and gas permeation analysis. FTIRATR analysis was performed to survey the variant carbonyl groupsilver cations’ complexes. Also, C=O bonds with various weakness and strength cause to create different complexes between carrier cations and nonsaturated gas molecules such as ethylene. Therefore, ethylene/ethane separation quality can be affected by carbonyl bond energy. Structure of PVP active layer beside PES support section were observed through scanning electron microscopy. Pure and mixed gas permeation tests were carried out to verification of FTIR analysis and evaluation of separation quality. FTIR experiment demonstrated that Ag+ cations from AgBF4 salt make stronger complexes among polymer chains than cations of other salt and react with higher numbers of PVP active sites, which means AgBF4 salt distribute more effectively in the active layer structure. Permeation test revealed that AgBF4 salt attract ethylene molecules more effectively than AgNO3 salt, which leads to obtain higher ethylene/ethane selectivity. Finally, the maximum ethylene permeation and selectivity was occurred at maximum molar concentration of AgBF4 (50%) and at maximum operational pressure, which were 9.5 GPU and 43 respectively at mixed gas case. These parameters changed to 15 GPU and 64 at pure gas separation test.