دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی

 

سیدعلی قدیمی(دانشجوی دوره دکتری مهندسی شیمی)، یازدهم اسفندماه 1393 از رساله دکتری خود با عنوان «جداسازی غشایی دی ‌اکسیدکربن از هیدروژن با استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری و مدل‌سازی آن» دفاع می کند.

 چکیده این رساله دکتری که راهنمایی آن را دکتر تورج محمدی و دکتر نورالله کثیری بر عهده دارند، به شرح زیر است. ضمنا این جلسه دفاعیه ساعت 10 صبح در کلاس 130 دانشکده مهندسی شیمی برگزار خواهد شد.

هدف این تحقیق ساخت یک غشای نانوکامپوزیت پلیمری به منظور جداسازی CO₂از یک جریان گازی سبک همانند H₂می ‌باشد. برای ساخت غشاهای نانوکامپوزیت از روش ‌های سل-ژل و اختلاط محلول استفاده شد. در روش اختلاط محلول برای بهبود پراکندگی نانوذرات SiO₂در ماتریس پلیمری از اصلاح فیزیکی و شیمیایی سطح نانوذرات استفاده شد. ویژگی‌ های ساختاری غشاهای ساخته شده به کمک آزمون‌ های SEM، DSC، FTIR(ATR)، DMTA، XRDو Tensileمورد ارزیابی قرار گرفتند. بررسی ‌های انجام شده نشان داد غشاهای نانوکامپوزیتی که با روش اختلاط محلول و اصلاح شیمیایی سطح نانوذرات SiO₂ساخته شده‌ اند در مقایسه با سایر غشاها دارای مشخصات ساختاری بهتری هستند.  بنابراین از اصلاح شیمیایی سطح نانوذرات توسط اولئیک اسید (OA)برای حذف پدیده‌ کلوخگی در ساخت غشاهای نانوکامپوزیت استفاده شد. برای بررسی بازده عملکردی غشاهای ساخته شده آزمایش ‌های گاز خالص (CO₂، CH₄، N₂و H₂) و مخلوط گازی (%20/%80 (H₂/CO₂)، %60/%40 (N₂/CO₂) و %20/%80 (H₂/CO₂)،) انجام شد. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که حضور فاز غیرآلی در ماتریس پلیمری PEBAباعث ارتقاء ویژگی ‌های جداسازی غشاها شده است. به عنوان مثال، با افزایش درصد وزنی نانوذرات از 0 به 8% گزینش ‌گری ایده ‌ال غشاها برای جفت گازهای CO₂/H₂، CO₂/CH₄و CO₂/N₂به ترتیب از (9، 18 و 61) به (17، 45 و 137) افزایش یافت.

به علاوه، یک مدل ریاضی صریح برای پیش‌ بینی پارامترهای انتقال (حلالیت، نفوذپذیری و تراوایی) در غشاهای نانوکامپوزیت بر پایه‌ تئوری حلالیت و نفوذ و مشاهدات تجربی توسعه یافت. روابط ارائه شده توسط وَن ‌آمِرونگن و وَن ‌کرِوِلن با توجه به خصوصیات فیزیکی اجزا و دمای انتقال شیشه ‌ای پلیمر برای تخمین ضرایب حلالیت و نفوذ در غشاهای تک ‌لایه مورد استفاده قرار گرفتند. ضرایب نفوذ و حلالیت در غشاهای نانوکامپوزیت سپس به مقادیر متناظر آنها در غشاهای تک لایه و خصوصیات ساختاری غشاهای نانوکامپوزیت ارتباط داده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که مدل ریاضی ارائه شده در این تحقیق به خوبی قادر به تخمین ضرایب حلالیت، نفوذ و تراوایی می ‌باشد. به عنوان مثال مقادیر تجربی و تخمین زده شده توسط مدل دارای ضریب همبستگی‌ 95/0، 97/0 و 96/0 به ترتیب برای حلالیت، نفوذ و تراوایی هستند.