POLYSULFONE/CARBIDE DERIVED CARBON MIXED MATRIX MEMBRANE FOR SEPARATION OF CO2 FROM NATURAL GAS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MSC_THESIS_-_Musa_Olajide_Najimu_(2017).pdf - Submitted Version Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

نسبة للمنافسة المستمرة بين مجالات تقنيات الأغشية والعمليات الأخرى وكنتيجة للبحث عن أغشية غازية عالية الأداء، أعتبرت حشوات الأغشية المخلوطة كبديل لأغشية البوليمرات. في هذه الدراسة، لقد قمنا بتطوير خليط أغشية هي عبارة عن خليط من PSF وجزيئات الكربيد متناهية الصغر المستمدة من الكربون (CDC) لأغراض فصل غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) من خليط الغازات الطبيعية. أولا، تم تحسين صيغة أغشية PSF النقية بإستخدام عمليات تحضير أغشية الطور الجاف/الرطب العكسية؛ من هذه الدراسة تم الوصول الى التركيز الحرج لـ PSF وهو 30% تركيز وزني في خليط المذيبات (NMP/THF) و اللامذيبات (ethanol). كنتيجة لذلك تم تجهيز خلط الأغشية بإضافة جزيئات CDC متناهية الصغر بتراكيز مختلفة الى التركيز المثالي لـ PSF. تقنيات XRD، TGA، SEM، و FTIR اثبتت أنه لايوجد تغير في الطبيعة الغير متبلرة للغشاء المطور، كما أكدت الثبات الحراري للغشاء، وأن التشتت الموحدة يصل إلى ٪0.5 بالوزن بسبب الكيمياء السطحية الملائمة لـ CDC. تقييم أداء الأغشية عن طريق إختبارات تغلغل الغاز أظهرت تحسن كبير في تغلغل غاز ثاني أكسيد الكربون وصل لـ 120% عند إستخدام خليط الأغشية ذو التركير 0.5% تركيز وزني كنتيجة لتحسين الذوبانية نتيجة للاستقطاب وتعزيز الانتشارية بسبب إنشاء قنوات الانتشارية من قبل جزيئات CDC متناهية الصغر. ومع ذلك، تم الحصول على أفضل انتقائية CO2/CH4 من 27 عند إستخدام خليط أغشية ذات تركيز 1٪ بالوزن؛ ويمكن أن يعزى ذلك إلى تشكيل الحجم الأمثل لكتلة الـ CDC التي حققت كلا من الذوبان والانتقائية الأمثل. وعلاوة على ذلك، أظهرت دراسات تأثير درجة حرارة التشغيل أن درجة حرارة المختبر (20 درجة مئوية) هي أفضل درجة حرارة تشغيل عند إستخدام تركيز 1٪ بالوزن في حين أن دراسات تأثير الضغط المنخفض توقع أداء أفضل لتركيز 1٪ بالوزن عند إستخدام ضغوط تغذية عالية.

English Abstract

For the purpose of continued competition of membrane technology with other processes and consequently in the search for high performance gas membrane, mixed matrix membranes are being considered in replacement of polymeric membranes. In this study, we have investigated the development of mixed matrix membrane comprising PSF and carbide derived carbon (CDC) nanoparticles for the separation of CO2 from natural gas. Firstly, the formulation of the pure PSF membrane was optimized using the dry/wet phase inversion membrane preparation technique; this resulted in the critical concentration of 30 wt% PSF in the mixture of solvents (NMP/THF) and non-solvent (ethanol). Consequently, mixed matrix membranes were prepared by dispersing CDC nanoparticles at different concentrations in the optimized pure PSF membrane formulation. XRD, TGA, SEM and FTIR characterizations respectively confirmed the unchanged amorphous nature of the membrane, reinforced thermal stability, uniform dispersion up to 0.5 wt% loading and imparted polarity due to the favourable surface chemistry of CDC. Membrane performance evaluation by gas permeation tests revealed the enhancement in CO2 permeance by 120% achieved from the 0.5 wt% mixed matrix membrane as a result of the simultaneous enhanced solubility due to polarity and enhanced diffusivity due to creation of diffusivity channels by the nanoporous CDC. However, the best CO2/CH4 selectivity of 27 was obtained from the 1 wt% mixed matrix membrane; this may be attributed to the formation of optimum CDC cluster size which favored both solubility selectivity and diffusivity selectivity. Furthermore, operating temperature effect studies showed that the laboratory temperature (20 oC) was the best operating temperature of the 1 wt% mixed matrix membrane while the low pressure effect studies predicted better performance for the 1 wt% mixed matrix membrane at higher feed pressures.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Aljundi, Isam
Committee Members:	Abussaud, Basim and Ba-Shammakh, Mohammed
Depositing User:	MUSA NAJIMU (g201409100)
Date Deposited:	23 Jul 2017 08:35
Last Modified:	30 Dec 2020 12:22
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140412