KFUPM ePrints

Carbon Molecular Sieve Membranes for Oxygen Separation

l Carbon Molecular Sieve Membranes for Oxygen Separation. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (Carbon Molecular Sieve Membranes for Oxygen Separation)
4Mb

Arabic Abstract

على مدى العقود القليلة الماضية، إِستُخدمت الاغشية في كثير من عمليات الفصل المختلفة مثل الترشيح الفائق، غسيل الكلى، تحلية المياه، التناضح العكسي، التجفيف وفصل الغاز. ونظراً لعدم ثبات الاغشية البوليمرية كيميائيا وحراريا،ً فإنها ليست قادرة على التلبية الكاملة لمتطلبات فصل الغازات. كبديل جيد لهذا الغرض سيتم تطوير أغشية غير عضوية مثل الكربون المناخل الجزيئي ) CMS carbon molecular sieves, ) . هذه الأغشية جيدة بما لديها من مزيج صفات النفاذية والانتقائية. وهي أيضا لديها القدرة على تحمل درجات حرارة عالية وظروف كيميائية قاسية. وتم إعداد هذه الأغشية ( CMS ) من خلال عملية تعرف باسم الانحلال الحراري. الهدف الاساسي من هذا العمل البحثي هو إعداد أغشية الكربون المناخل الجزيئي) CMS ( بكفاءة لفصل الأكسجين وتحسين أداء عملية الفصل باجراء عدد من العلاجات المختلفة. تم تصيع هذه الأغشية من خلال الانحلال الحراري لغشاء البوليميد ) KAPTON ( التجاري. وكذلك تم ضبط متغيرات هذا الانحلال الحراري كسرعة التسخين، مدة التحلل، درجة الحرارة، والجو من أجل الحصول على المواصفات الأفضل للأغشية المصنعة. في هذه الدراسة تم تطبيق نوعين من المعالجات المسبقة )الحرارية و الكيميائية( للأغشية البوليمارية، KAPTON ، قبل خطوة الانحلال الحراري. أولا، تم معالجة هذه الاغشية مسبقا بالمادة الكيميائية: Methyl Pyrrolidone-N ( NMP (. وقد ادت هذه المعالجة الى تحسين إنتقائية أغشية الكربون المناخل الجزيئي )تصل الى 10.81 ( مع الاحتفاظ بنفاذية عالية ) 26 barrers (. ثانيا، قد تم تعريض الغشاء KAPTON إلى المعالجة الحرارية في بيئة الأكسدة )الهواء( على الدرجة المئوية 350ºC لمدة ساعة واحدة. هذه الأكسدة، بالتسخين الحراري، أدنت الى زيادة نفاذية غشاء ال CMS لتصل الى 50 barrers . لتحليل هذه الاغشية تم إستخدام المجهر الالكتروني الماسح ) xviii التحليل الحراري الوزني ) ,)SEM TGA (, محول مطياف فورييه للاشعة تحت الحمراء ) FTIR ( و جهاز انحراف الاشعة السينية ) XRD (. ولُوحظ من خلال هذه الاختبارات ان هذه الاغشية تحمل خصائص الغربلة الجزيئية في فصل الاوكسجين والنتروجين.

English Abstract

Over the past few decades, membranes have been used in various separation processes such as ultrafiltration, dialysis, desalination, reverse osmosis, dehumidification and gas separation. Polymer membranes are not able to fully exploit the needs of the gas separation because of their low chemical and thermal stabilities. A good alternative for this purpose is carbon molecular sieves (CMS). The CMS is reported to have good combination of permeability and selectivity of oxygen. These membranes are also capable of withstanding high temperatures and harsh chemical conditions due to their inert carbon matrix. The aim of this study is to prepare efficient CMS membranes for oxygen separation and enhance the separation performance by various pre-treatments. The CMS membranes have been prepared via pyrolysis of a commercially available polyimide (Kapton). The pyrolysis parameters such as heating rate, soaking time, temperature, and atmosphere are adjusted in order to achieve an optimum permeability and selectively of the membrane. In this study, two types of pretreatments (oxidation and chemical) have been applied to the polymeric precursor, Kapton, prior to the pyrolysis step. Firstly, the Kapton membrane is pre-treated using N-Methyl Pyrrolidone (NMP). This chemical pre- xvi treatment improved the selectivity (up to 10.81) of the CMS membrane while retaining high permeability of 26 barrers. Secondly, the Kapton membrane has been subjected to heat treatment in an oxidative environment (air) at 350ºC for one hour. This oxidation heat-treatment has improved the permeability up to 50 barrers. The membranes were characterized using Scanning electron microscope (SEM), Thermo gravimetric analyzer (TGA), Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD). It has been confirmed that these membranes exhibit molecular sieving properties in separating oxygen from nitrogen.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Engineering
Chemical Engineering
Research
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor:Mezghani, Khaled
Committee Members:Mohammed, Abdul Samad and Asad, Ahmed Sorour
ID Code:140066
Deposited By:TANVEERULLA HUSSAIN SYED (g201301590)
Deposited On:24 Aug 2016 08:10
Last Modified:24 Aug 2016 08:10

Repository Staff Only: item control page