سنتز غشای زئولیتی ssz-13 و بررسی تاثیر یون‌های سدیم، لیتیوم و پتاسیم در عبوردهی دی‌اکسیدکربن، متان و نیتروژن

در این پژوهش، سنتز غشای زئولیتی ssz-13 به روش رشد ثانویه و به‌صورت استاتیک انجام شد. سپس، تاثیر یون‌های سدیم، پتاسیم و لیتیوم بر عملکرد آن در عبوردهی و انتخاب‌گری گازهای دی‌اکسید‌کربن، متان و نیتروژن بررسی ‌شد. غشای سنتز شده حاوی یون سدیم می باشد که در فشار 2 بار و دمای 300 کلوین دارای عبوردهی دی‌اکسیدکربن برابرmol.m^-2.s^-1.pa^-1 7-^10×3.67 و انتخاب‌گری ایده‌آل co2/ch4 و co2/n2 به ترتیب 44.6 و 11 می باشد. اثر تبادل یون‌ سدیم در ساختار لایه زئولیتی با یون‌های پتاسیم و لیتیوم در فشارها و دماهای مختلف بر عبوردهی گازهای فوق مورد بررسی و اثر دما از طریق بررسی انرژی فعال‌سازی در عبوردهی گازها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که حضور یون لیتیوم در لایه غشایی عبوردهی دی‌اکسید‌کربن را در دمای 300 کلوین از 7-^10× 3.67 به mol.m-2.s^-1.pa^-1 7-^10×1.13 کاهش می دهد درحالیکه آن مقدار برای متان از mol.m-2.s^-1.pa^-1 9-10×4.51 به mol.m-2.s-1.pa-1 11-10×5.30 و برای نیتروژن در غشا را از mol.m-2.s-1.pa-1 8-10×3.31 به mol.m-2.s-1.pa-1 9-10×5.30 می رسد. کاهش شدیدتر عبوردهی گازهای متان و نیتروژن در مقایسه با دی اکسید کربن باعث افزایش انتخابگری co2/ch4 از 44 به 97 و co2/n2 از 11 به 19 می شود. در غشای تبادل یونی شده با یون پتاسیم عبوردهی دی‌اکسیدکربن کاهش بیشتری نسبت به یون لیتیوم از خود نشان داده و به مقدار mol.m^-2.s^-1.pa^-1 10-8×9.73 می رسد در حالیکه انتخاب‌گری co2/ch4 از 44 به 2.7 و انتخاب‌گری co2/n2 از 11 به 3.87 کاهش می یابد. بنابراین، تبادل با یون پتاسیم باعث افت عملکرد غشا شده و توصیه نمی شود.

synthesis of ssz-13 zeolite membrane and investigation of the effect of sodium, lithium, and potassium ions on the permeance of carbon dioxide, methane, and nitrogen

ssz-13 zeolite membrane was successfully syntesized by secondary growth method. in this paper, the effect of sodium, potassium and lithium as the extra-framework cations on the membrane performance was investigated for carbon dioxide, methane and nitrogen gases. the synthesized membrane containing ation showed a high carbon dioxide permeance of 3.67 × sodium c= 44.6 and 4/ch2and ideal selectivities of co 1-.pa1-.s2-mol.m 7-10= 11 at 300k and 2bar pressure difference. then, the 2/n2cosodium caions of the membrane layer were exchanged by both potassium and lithium caions to investugate the permeance of the aforementioned gases at different temperatures and pressures. the effect of temperature was studied by calculation of the activation energies of premeations. the results revealed that the presence of lithium in the membrane layer caused a decrease in the carbon . however, that 1-.pa1-.s2-mol.m 7-dioxide permeance to 1.13 × 10 1-.pa1-.s2-mol.m 9-was much more for methane, i.e. from 4.51 × 10 8-, and nitrogen, i.e. from 3.31 × 101-.pa1-.s2-mol.m 11-× 10to 5.30 and 4/ch2. thus, co1-.pa1-.s2-mol.m 9-to 5.30 × 10 1-.pa1-.s2-mol.mselectivities increased from 44 to 97 and 11 to 19, 2/n2corespectively. in the ion-exchanged membrane with potassium, the -mol.m 8-rbon dioxide permeance decreased sharply to 9.81 × 10ca 2/n2and co 4/ch2. that resulted in sharp reduction in co1-.pa1-.s2selectivities from 44 to 2.7 and 11 to 3.87, respectively. therefor, potassium cation exchange is not suggested for ssz-13 membrane.