POLYSULFONE MIXED MATRIX MEMBRANES CONTAINING ZIF-95 AS FILLER FOR GAS SEPARATION APPLICATIONS

POLYSULFONE MIXED MATRIX MEMBRANES CONTAINING ZIF-95 AS FILLER FOR GAS SEPARATION APPLICATIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
SANAULLAH SHAFIQ Thesis Final (1).pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 10 August 2021.

Download (8MB)

Arabic Abstract

الأطر العضوية المعدنية (موف هي أفضل المواد البلورية المسامية المتاحة للتطبيق في فصل الغاز. في هذا العمل ، يستخدم ذيف-95 (موف) مع بوليمر بولي سلفون لتشكيل غشاء مصفوفة مختلط لفصل الغازات المختلفة. يزيد غشاء المصفوفة المختلطة موف من أداء فصل الغاز للبوليمر عن طريق زيادة الانتقائية أو النفاذية أو كليهما معا. يتم استخدام ذيف-95 لأول مرة لتشكيل غشاء المصفوفة المختلطة حيث يتم استخدام طريقة التوليف الذري الحراري لتجميع ذيف-95 بحجم جزيئي أقل من 5 ميكرومتر. ثم يتم التحليل ذيف-95 باستخدام مسحوق حيود الأشعة السينية ، مجهر المسح الإلكتروني ، التحليل الحراري للجاذبية ، مساحة سطح برونوير - إيميت - تيلر ، إلخ. تصنيع الأغشية لاختبار بولي سلفون وبوليميد و ملاءمتها في تصنيع الأغشية البوليمرية النقية. يتم أيضًا مزج هذين البوليمرين للتحقق من قابلية الخلط بين البوليمرات و يتم اختيار بولي سلفون لصنع أغشية المصفوفة المختلطة مع ذيف-95. أربعة أنواع من أغشية المصفوفة المختلطة يتم تشكيلها بنسب تحميل ذيف-95 (0٪ ، 8٪ ، 16٪ ، 24٪ و 32٪) (H2 ، O2 ، CO2 ، N2 ، CH4) داخل البولي سلفون. بعد ذلك تم قياس نفاذية ستة غازات للأغشية العارية والمحملة باستخدام خلية نفاذية و حساب الانتقائية المثالية لثلاثة عشر زوجًا ومقارنتها مع أغشية المصفوفة المختلطة. لوحظ أن الأغشية المحملة بنسبة 32 ٪ ، تزداد نفاذية H2 و CO2 و O2 بمقدار 2.21 و 2.31 و 2.38 مرة من الغشاء المقارن و على التوالي. بينما في الغشاء المحمل بنسبة 24٪ ، تزداد انتقائية H2 / CH4 و O2 / N2 و H2 / CO2 بمقدار 1.16 و 1.15 و 1.08 مرة عند مقارنتها بالغشاء المقارن. كما يكشف تحليل SEM للأغشية عن التوافق / الالتصاق الجيد بين ZIF-95 والبوليمر.

English Abstract

Metal-organic frameworks (MOF) are the best porous crystalline materials available for the application in gas separation. In this work, ZIF-95 (MOF) is used in polysulfone polymer to form a mixed matrix membrane for the separation of various gases. MOF mixed matrix membrane increases the gas separation performance of polymer by increasing selectivity, permeability, or both (perm-selectivity). To the best of the author’s knowledge, ZIF-95 is first time used to form the mixed matrix membrane. Solvothermal synthesis method is used to synthesize ZIF-95 with particle size less than 5 μm. The characterization of ZIF-95 is done by using Powder X-Ray Diffraction (PXRD), Scanning Electron Microscope (SEM), Thermo-Gravimetric Analysis (TGA), Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area, etc. Polysulfone and polyimide membranes are fabricated to test their suitability in making the pure polymeric membranes. The blends of these two polymers are also made to check the miscibility of both the polymers in each other. Afterward, polysulfone is chosen to make the mixed matrix membranes with ZIF-95. The loading of ZIF-95 is varied (0%, 8%, 16%, 24% and 32%) in polysulfone to form four types of mixed matrix membranes. The permeabilities of six gases (i.e., He, H2, O2, CO2, N2, CH4) are measured for the bare and the loaded membranes using permeation cell. Ideal selectivity of thirteen pairs are calculated and compared with the reported mixed matrix membranes using upper bound plots. In 32% loaded membranes, the permeability of H2, CO2, and O2 are increased by 2.20, 2.28, and 2.40 times of the corresponding bare membrane, respectively. In 24% loaded membrane, the selectivity of H2/CH4, O2/N2 and H2/CO2 are increased by 1.16, 1.15 and 1.08 times when compared to the bare membrane, respectively. SEM analysis of membranes reveals good compatibility/adhesion between ZIF-95 and polymer.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemistry
Environmental
Engineering
Chemical Engineering
Petroleum
Petroleum > Fluid Separation and Processing
Committee Advisor: Al-Shammari, Abdallah
Committee Members: Ba-Shammakh, Mohammed and Al Maythalony, Bassem
Depositing User: SANAULLAH SHAFIQ (g201702950)
Date Deposited: 13 Aug 2020 11:01
Last Modified: 13 Aug 2020 11:01
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141686