ساخت و شناسایی غشای کامپوزیتی ماتریمید شبکه ای شده - پلی وینیلیدن فلوئورید برای جداسازی گاز هیدروژن از نیتروژن

در پژهش حاضر، غشای دولایه کامپوزیتی به روش پوشش دهی، به وسیله ماتریمید 5218 به عنوان لایه گزینشی بر غشای نامتقارن متخلخل پلی وینیلیدن فلوئورید به عنوان زیرلایه ساخته شد. اثر شبکه ای کردن شیمیایی ماتریمید به کمک اتیلن دی آمین بر خواص انتقال گاز خالص در غشا بررسی شد. آزمون تراوایی گازهای هیدروژن و نیتروژن در غشاهای مدنظر در دمای °25 و فشار 2 تا 8bar انجام شد. میکروسکوپی الکترونی پویشی برای مشاهدات شکل شناسی غشا به کار گرفته شد. غشای ماتریمید پیش و پس از شبکه ای شدن به وسیله طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه، پراش پرتو X و اندازه گیری چگالی بررسی شد. نتایج طیف سنجی زیرقرمز نشان داد، در اثر شبکه ای شدن، گروه های ایمیدی زنجیرهای ماتریمید به گروه های آمیدی تبدیل می شوند. نتایج پراش پرتو X نشان داد، پس از شبکه ای شدن فاصله بین زنجیرهای پلیمر کاهش می یابد. به کمک اندازه گیری چگالی و محاسبه حجم آزاد جزئی لایه گزینشی غشاها نشان داده شد، در اثر واکنش شبکه ای شدن، چگالی افزایش و حجم آزاد جزئی کاهش می یابد. همچنین، با افزایش غلظت عامل شبکه ای کننده پلیمر، تراوایی گازها در غشا به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد که می تواند ناشی از کاهش ضریب نفوذ گازها در اثر تراکم زنجیرهای پلیمر بوده و نشان داده شد، این کاهش تراوایی، برای نیتروژن بیشتر از هیدروژن است. بر اثر اصلاح غشا به کمک شبکه ای کردن، گزینش پذیری H2/N2 در فشار bar 2 از 56/5 برای غشای ماتریمید خالص به 79/4 برای غشای کامپوزیتی شبکه ای شده با %12 وزنی اتیلن دی آمین، افزایش یافت. اثر فشار بر تراوایی غشاها بررسی شد و نتیجه آن با کاهش تراوایی گازهای دارای انحلال پذیری کم در اثر ازدیاد فشار گاز در پلیمرهای شیشه ای مطابقت داشت. همچنین با افزایش فشار، گزینش پذیری H2/N2 برای غشاهای دارای مقادیر کم اتیلن دی آمین (%4-0) روند کاهشی دارد و سپس در مقدار %8 ثابت می شود. در نهایت، با افزایش اتیلن دی آمین به %12 وزنی گزینش پذیری تقریبا روند افزایشی دارد.