بررسی تاثیر پایه‌های اصلاح شده بر عملکرد غشای سیلیکایی دوپه شده با کبالت در جداسازی هیدروژن

در این تحقیق، غشاهای سیلیکایی دوپه شده با کبالت با استفاده از روش سل-ژل سنتز شدند. برای لایه‌نشانی مناسب غشای سیلیکایی انتخابگر، ویژگی‌های پایه‌ی غشایی از اهمیت بالایی برخوردار است. عبوردهی پایه و زبری سطح آن دو ویژگی مهم و قابل اندازه‌گیری در انتخاب پایه می‌باشند. بنابراین، دو نوع پایه اصلاح شده برای این پژوهش انتخاب شدند؛ پایه اول با زبری سطح nm 160 و عبوردهی متوسط هیدروژن در حدود mol m-2s-1pa-1 10-7×5.5 و پایه دوم با زبری سطح nm 54 و عبوردهی متوسط هیدروژن mol m-2s-1pa-1 10-6×3.5، مورد استفاده قرار گرفتند. لایه‌ی سیلیکایی دوپه شده با کبالت بر روی هر دو پایه به طور یکسان پوشش‌دهی شد و در هر دو غشا فعالیت مکانیزم غربال مولکولی برای عبوردهی از غشا مشاهده شد. با این حال، استفاده از پایه اصلاح شده با زبری سطح پایین و عبوردهی بالا در غشای سیلیکایی دوپه شده با کبالت دارای عبوردهی هیدروژن خالص mol m-2s-1pa-1 10-7×1.3 و متوسط انتخاب‌پذیری ایده‌آل 40 و 25 به ترتیب برای h2/n2 و h2/co2 در دمای °c150 می‌باشد. در حالی‌که، غشای سیلیکایی دوپه شده با کبالت بر پایه‌ی اصلاح شده با زبری سطح بالا و عبوردهی پایین به مراتب عملکرد ضعیف‌تری داشته و دارای عبوردهی هیدروژن خالص mol m-2s-1pa-1 10-9×1.6 و متوسط انتخاب‌پذیری ایده‌آل 16 و 13 به ترتیب برای h2/n2 و h2/co2 در همان دما بوده است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد با اینکه روش سل-ژل برای ساخت غشاهای انتخابگر سیلیکایی دوپه شده با کبالت مناسب است، کیفیت پایه مورد استفاده از نظر زبری سطح و عبوردهی تاثیر زیادی بر عملکرد غشا دارد.

investigating the impact of modified support on the performance of cobalt-doped silica membranes in hydrogen separation processes

in this research, cobalt-doped silica membranes were synthesized using the sol-gel method. the properties of the membrane support are of great importance for selective membrane coating. membrane support permeability and surface roughness are two important and measurable characteristics in support selection. therefore, two types of modified supports were selected for this study; the first support with a surface roughness of 160 nm and an average hydrogen permeance of about 5.5 × 10-7 mol m-2 s-1 pa-1, and the second support with a surface roughness of 54 nm and an average hydrogen permeance of 3.5 × 10-6 mol m-2 s-1 pa-1 were used. the cobalt-doped silica layer was uniformly coated on both supports, and molecular sieve activity was observed in both membranes permeation. the results show that utilizing a modified support with low surface roughness and high permeance resulted in a cobalt-doped silica membrane with pure hydrogen permeance of 1.3 × 10⁻⁷ mol m-2 s-1 pa-1 and average ideal selectivity of 40 and 25 for h₂/n₂ and h₂/co₂, respectively, at 150°c. conversely, the cobalt-doped silica membrane on the modified support with high surface roughness and low permeability exhibited significantly weaker performance with pure hydrogen permeance of 1.6 × 10-9 mol m-2 s-1 pa-1 and average ideal selectivity of 16 and 13 for h₂/n₂ and h₂/co₂, respectively, at the same temperature. the findings demonstrate the appropriateness of the sol-gel process for producing cobalt-doped silica membranes that are selective, but they also emphasize how important it is for the support surface’s roughness and permeance to affect the membrane’s performance.