غشاهای نانوکامپوزیتی جدید برای جداسازی مخلوط گازها

یکی از مهمترین مشکلات صنایع نفت و گاز، تصفیه و حذف ناخالصی‌های موجود در گاز طبیعی به منظور کاهش خوردگی خطوط لوله و صرفه‌جویی در هزینه‌های حمل‌ونقل و نگهداری، بهبود عملکرد و افزایش ارزش حرارتی گاز و همچنین کاهش آلودگی و مشکلات زیست محیطی است.

مصرف غشاهای نانوکامپوزیتی

گاز طبیعی به عنوان یکی از مهمترین و پرمصرف‌ترین منابع انرژی در جهان، زمانی که از منابع استخراج می‌شود، حدود 80 درصد آن از متان تشکیل شده است و در اکثر منابع ترکیبات و ناخالصی‌های دیگری همچون گازهای دی اکسید کربن، هیدروژن، نیتروژن، هیدروژن سولفید و دیگر ترکیبات گوگردی را به همراه دارد.

به منظور شیرین‌سازی گاز محققان دانشگاه اراک با همکاری شرکت پالایش نفت امام خمینی (ره) توانستند غشاهای نانوکامپوزیتی را که توانایی خوبی در جداسازی مخلوط گازها دارند، سنتز کنند.

زهرا مبارکی، مجری طرح با بیان اینکه در این پروژه غشاهای نانوکامپوزیتی تولید کردیم، گفت: غشاهای ساخته شده در این طرح متشکل از یک پلی (ایمید- اتر) با خواص مطلوب به عنوان ماتریس پلیمری، نانوزئولیت‌ها و نانوذرات مغناطیسی است.

وی یادآور شد: بر اساس نتایج به دست آمده این غشاها می‌توانند فرآیند جداسازی را نسبت به روش‌های متداول با استفاده از تجهیزات ساده در زمان کوتاه‌ و با صرف انرژی و هزینه‌ کمتر و با بازدهی مطلوبی انجام دهند. سهولت در ساخت غشاهای تهیه شده و هزینه‌ پایین مواد اولیه و فرآیند ساخت از دیگر ویژگی‌های غشاهای نانوکامپوزیتی سنتز شده است.

مجری طرح با تاکید بر اینکه در حال حاضر عمدتاً برای جداسازی آلاینده‌های گاز طبیعی از روش‌هایی نظیر روش سرد کردن (تقطیر)، استخراج، جذب و جذب سطحی با کاربرد حلال‌های آلی استفاده می‌شود، ادامه داد: این روش‌ها مستلزم صرف انرژی و هزینه‌ بسیار زیاد و برخورداری از تجهیزات خاصی است و از طرف دیگر استفاده از حلال‌ها نیز موجب آلودگی محیط زیست می‌شود.

وی افزود: استفاده از روش‌ ارائه شده در این طرح نه تنها چنین مشکلاتی را به همراه ندارد، بلکه می‌تواند هزینه‌ها را نیز به میزان قابل توجهی کاهش دهد. استفاده از غشاها به علت بازدهی و بهره‌برداری بالاتر، جداسازی سریع‌تر، سادگی عملیات و عدم استفاده از حلال‌ها و جاذب‌های گران‌قیمت نسبت به روش‌های ذکر شده در بالا اقتصادی‌تر هستند.

مبارکی با بیان اینکه روش استفاده شده در تولید این غشا دوستدار محیط زیست است، یادآور شد: تولید این غشا در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است اما از آنجا که روش ساخت غشاها آسان و از لحاظ اقتصادی مقرون به‌ صرفه است و همچنین توانسته‌ایم به جداسازی قابل قبولی دست یابیم، از این رو می‌توان امیدوار بود با بهینه کردن شرایط تولیدی و رفع مشکلات و محدودیت‌ها امکان تجاری‌شدن تولید آن نیز وجود داشته باشد.

به گفته‌ این محقق بیشتر غشاهایی که در جداسازی گازها استفاده می‌شوند، از نوع غشاهای پلیمری هستند. در میان پلیمرها، پلی ایمیدها به دلیل گزینش‌پذیری بالا، خصوصیات مکانیکی مناسب و همچنین پایداری شیمیایی و حرارتی بالا بیشترین کاربرد را دارند.

مجری طرح با بیان اینکه بهینه‌کردن عملکرد غشاها جهت بهبود فرآیند جداسازی گاز یکی از اولویت‌های تحقیقاتی در این حوزه از علم به شمار می‌رود. لذا به منظور ارتقا و بهبود خواص جداسازی گازی در غشاهای پلی‌ایمیدی، می‌توان از وارد کردن نانوذرات به ماتریس پلیمر و تهیه غشاهای نانوکامپوزیتی (شبکه آمیخته) استفاده کرد. به همین دلیل در این کار بعد از سنتز پلی (ایمید- اتر) مورد نظر، نانوزئولیت‌های (ZSM-5) به روش هیدروترمال تهیه شدند. سپس از طریق واکنش هم‌رسوبی، مغناطیسی شده و به ماتریس پلیمری اضافه شدند.

وی ادامه داد: افزایش مقاومت گرمایی و مکانیکی ماتریس پلیمری و همچنین افزایش گزینش‌پذیری و نفوذپذیری غشاهای نانوکامپوزیتی نسبت به غشای پلیمر خالص و در نتیجه دستیابی به جداسازی مطلوب با راندمان بهتر از مزایای استفاده از نانوذرات زئولیت (ZSM-5) مغناطیسی در این کار است.

به گفته مجری طرح در این پژوهش، عملکرد غشاهای سنتز شده در جداسازی جفت گاز (CH4/ CO2) بررسی شده است.

این طرح در قالب پایان‌نامه‌ کارشناسی ارشد زهرا مبارکی و با همکاری دکتر خلیل فقیهی و دکتر حسن مقنیان انجام شده است. این پایان‌نامه که به سفارش شرکت پالایش نفت امام خمینی (ره) شازند صورت گرفته، تحت عنوان پایان‌نامه مورد نیاز صنعت به تأیید داوران ستاد ویژه‌ توسعه‌ فناوری نانو نیز رسیده است.

منبع: ایسنا