Mixed matrix membrane for CO2 separation from natural gas. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Thesis) Thesis_2-_Copy.pdf - Accepted Version Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

في الآونة الأخيرة، ظهرت تكنولوجيا الأغشية كعملية بديلة لمنافسه العمليات التقليديه المستخدمه في فصل غاز ثاني أكسيد الكربون من الغاز الطبيعي. بالرغم من ذالك، فإن تكنولوجيا الاغشيه لاتزال تسعى لاستخدام مواد جديدة، قوية، واقتصادية مع أداء عمليه الانفصال بصوره اكثر تفوقا في مجالي الانتقائية والإنتاجية. في هذا العمل البحثي، تم تحضير أغشية بوليسولفون واستخدامها كداعم لتصنيع الأغشية الرقيقة من مادة البولي أميد. علاوة على ذلك، تم تضمين جزيئات الكربون المستمدة من كربيد التيتانيوم في طبقه البولي أميد لتصنيع الغشاء المختلط لتطبيق فصل الغاز.تم استخدام طريقة التحويل الجاف / الرطب لتحضير الغشاء الداعم )بوليسولفون(. في حين تم تصنيع غشاء البولي أميد و الغشاء المختلط من جزيئات الكربون / بولي أميد باستخدام تفاعل البلمرة.. أخذت صوربواسطه مجهر الكتروني لدراسة شكل الاغشيه ) مورفولوجيا الأغشية ( وأظهرت النتائج أن البوليسولفون الداعم لديه سطح أملس على نحو سلس وكان هذا السطح مغطاة تماما بطبقة البولي أميد الخام، كما أكدت الصور اللمجهريه عمليه دمج الجسيمات النانوية في طبقة البولي أميد.بالاضافه لذالك تمت دراسة التركيب الكيميائي للأغشيه باستخدام أطياف الاشعه تحت الحمراء التي أكدت وجود مجموعات وظيفية من مادة البولي أميد. وعلاوة على ذلك، كشف التحليل الحراري أن إضافة الجزيئات النانوية إلى غشاء البولي أميد عززالاستقرار الحراري للأغشية البولي أميد. تمت دراسه النفاذيه وقابليه الفصل للاغشيه باستخدام غازي ثاني اكسيد الكربون والميثان وأظهرت لنتائج أن بناء طبقة البولي أميد فوق غشاء بوليسولفون يعزز انتقائية % مقارنه بغشاء البولي اميد من 78.08 الغشاء لغاز ثاني اكسيد الكربون.وان الاغشيه المختلطه لها نفاذيه اعلي بنسبه %. وأخيرا، تم دراسة 49.89 غير جزيئات الكربون. بالاضافه لذالك الاغشيه لديها ايضا قابليه اعلي للفصل بنسبه تأثيرتركيزالجسيمات المتناهية الصغرفي الغشاء، درجة حرارة التشغيل، ضغط الغاز،درجه الحراره، وعدد الطبقات الانتقائية على أداء الفصل للأغشية .

English Abstract

Recently, membrane technology has emerged as a competitive alternative process for CO2 separation from natural gas. Nevertheless, it continues to seek new, robust, and economic membrane materials with superior separation performance in term of selectivity and productivity. In this research, new carbon nanomaterials (titanium carbide-derived carbon nanoparticles (CDCs)) were embedded into polyamide film to develop CDCs/Polyamide mixed matrix membranes by the interfacial polymerization reaction of piperazine (PIP) and isophthaloyl chloride (IPC) supported on polysulfone (PSF) membrane. The fabricated membranes, as well as CDCs nanoparticles, were characterized by SEM, FT-IR, TGA, and XRD. The characterization results confirmed the successful incorporation of CDC nanoparticles into the rough polyamide layer. Moreover, the thermal stability of polyamide thin film membranes was improved by adding CDCs nanoparticles. Gas permeation measurements of the fabricated membranes demonstrated 78.08% and 49.89% enhancement in CO2 permeance and CO2/CH4 selectivity; respectively compared to neat polyamide membrane. CDC nanoparticles disrupted the polyamide matrix which resulted in higher free volume for gas to transport. Furthermore, the high surface area of CDCs offered more volume for gases to absorb thereby improved separation performance was observed for CDCs/polyamide MMMs. The gas permeation tests of the layer by layer MMMs revealed that building more than one selective layer on top of the polysulfone support resulted in higher CO2/CH4 selectivity while CO2 permeance decreased. CDCs/polyamide MMMs with 10 selective layers showed the best separation performance with a CO2/CH4 selectivity of 24.08. Finally, the effect of CDC nanoparticle loading, operating temperature, and feed pressure on the separation performance was studied

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Aljundi, Isam
Committee Members:	Alkattaf, Suliman and Al Harthi, Mamdouh
Depositing User:	ABDELRAHMA AWAD (g201409140)
Date Deposited:	10 Aug 2017 04:36
Last Modified:	01 Nov 2019 16:42
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140366