Fabrication of a Selective Mixed Matrix Membrane Using Polyimide and ZIFs For CO2 Separation. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS Thesis) Fabrication_of_a_Selective_Mixed_Matrix_Membrane_Using_Polyimide_and_ZIFs_For_CO2_Separation_.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

اجتذبت الأغشية النسيجية المختلطة والتي يتم فيها خلط مواد عضوية مع بوليمر لزيادة وتعزيز أداء فصل الغازات اهتمام الباحثين خلال العقدين الماضيين. في هذا العمل، تم تصنيع نوعين من الهياكل المعدنية العضوية النافرة للماء من نوع هياكل الزيولايت إيميدازول (ZIF-300 وZIF-302). تم أضافة الهياكل المصنعة إلى بوليمر من نوع راتنج بوليميد لتصنيع أغشية نسيجية مختلطة بأوزان مئوية مختلفة (5% و10% و15%) لاختبار مدى فعالية هذه الأغشية النسيجية في فصل غاز ثاني أكسيد الكربون. تم استخدام تقنيات مختلفة لفحص خصائص الهياكل المعدنية العضوية والأغشية النسيجية المختلطة. في فحص الهياكل المعدنية تم استخدام جهاز حيود الأشعة السينية، المجهر الالكتروني، التحليل الوزني الحراري، الرنين المغناطيسي النووي، وجهاز امتزاز غاز النيتروجين. بينما في فحص الأغشية النسيجية تم استخدام جهاز حيود الأشعة السينية، المجهر الالكتروني، والتحليل الوزني الحراري. تم إجراء اختبار نفاذية الغازات عند (4 بار و35 درجة مئوية) لفحص أداء الأغشية النسيجية المصنعة. بسبب الانجذاب الشديد للهياكل المعدنية لغاز ثاني أكسيد الكربون، تم ملاحظة ارتفاع نفاذية ثاني أكسيد الكربون بنسبة 110% و130% للأغشية النسيجية ذات 5% من الهياكل المعدنية العضوية مقارنة مع البوليمر الصافي. أيضاً رفع نسبة الهياكل المعدنية في الأغشية النسيجية أدى إلى ارتفاع النفاذية بنسبة 64% و36% مقارنة مع الأغشية النسيجية المختلطة ذات 5%. بينما لم يلاحظ أي ارتفاع مذكور في نفاذية كلاً من غازي النيتروجين والميثان. الانتقائية لغاز ثاني أكسيد الكربون إلى النيتروجين ارتفعت من 19.04 إلى 28.06 لكل من 5% من نوع ZIF-300 و15% من نوع ZIF-300، وارتفعت أيضاً من 26.42 إلى 33.08 لكل من 5% من نوع ZIF-302 و15% من نوع ZIF-302. ولم يلاحظ أي ارتفاع لانتقائية غاز ثاني أكسيد الكربون إلى الميثان. لاحظنا أن زيادة نسبة الهياكل المعدنية في الأغشية النسيجية المختلطة أدى إلى تحرك الأغشية النسيجية المختلطة إلى منحنى روبسون.

English Abstract

New mixed matrix membranes (MMMs) have been fabricated, characterized and examined in gas separation applications. The preparation of theses MMMs carried out by the blending of an inorganic filler in the polymer matrix that lead to the enhancement of gas separation performance. Two types with micro particle size of chabazite (CHA), and hydrophobic Zeolite Imidazole Frameworks (ZIF), namely ZIF-300, and ZIF-302 have been synthesized and scaled up. The resulting particles were embedded in polyimide resin (Matrimid 8512) to fabricate different loading (5 %wt, and 15 %wt) mixed matrix membranes along with pure polymeric membrane to investigate the performance toward CO2 separation. Different characterization techniques were utilized to investigate synthesized ZIFs and MMMs. ZIF-300, and ZIF-302 were characterized by XRD, HNMR, SEM, TGA, and Nitrogen sorption analysis. While mixed matrix membranes were characterized by XRD, TGA, SEM. Single gas permeation analysis was carried out at 4 bar and 35 ºC to investigate separation performance of different MMMs. Because of high affinity of ZIFs for Carbon Dioxide, CO2 permeability increased 112% and 130% for 5%wt MMMs compared with neat polymer. The incorporation of more filler (15% wt) enhanced CO2 permeability to 64% and 36% compared with 5%wt MMMs, with no remarkable enhancement in N2 and CH4 permeability. In terms of ideal selectivity, CO2/N2 was increased from 19.04 to 28.06 for 5%wt ZIF-300/polyimide and 15%wt ZIF-300/polyimide respectively, and from 26.42 to 33.08 for 5%wt ZIF-302/polyimide and 15%wt ZIF-302/polyimide respectively. Even though, no significant increase in CO2/CH4 selectivity. For permselectivity, the increase of filler loading improved MMMs performance, in accordance to Robsen upper bound curves.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Ba-Shammakh, Mohammed
Committee Members:	Al-Jundi, Isam and Al-Maythalony, Bassem
Depositing User:	AKRAM GHANEM (g201404180)
Date Deposited:	09 Nov 2017 11:13
Last Modified:	30 Dec 2020 12:58
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140508