Effect of operating parameters on performance of additive/zeolite/polymer mixed matrix membrane
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2011
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: EDİBE EDA ORAL
Eş Danışman: HALİL KALIPÇILAR, LEVENT YILMAZ
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Membranlı ayırım teknikleri uzun yıllardır yaygın bir şekilde kullanılmakta ve geliştirilmektedir. Genellikle gaz ayırım membranı olarak polimerik membranlar kullanılırlar ancak polimerik membranların gaz ayırım performansları endüstriyel uygulanabilirlik için yeterli değildir. Buna karşın inorganik membranların yüksek gaz ayırım performansları vardır ancak onların da işletim zorlukları vardır. Bu nedenle inorganik parçacıkların polimer matrise dağılmasından oluşan karışık matrisli membranlar geliştirilmiştir. Bunlara ek olarak polimer ve zeolit arasındaki etkileşimi zenginleştirmek için üçüncü bir bileşen olarak düşük molekül ağırlıklı uyumlaştırıcıların kullanıldığı üçlü karışık matrisli membranlar ortaya çıkmış ve 35 °C'de ümit vaat edici sonuçlar elde edilmiştir. Bu membranların gaz geçiş mekanizmasına daha iyi bir anlayış, hazırlanış ve işletim koşullarının incelenmesiyle elde edilebilir.Bu çalışmada işletim sıcaklığının ve tavlama süresi ile sıcaklığının karışık matrisli membranların performansına etkisi incelenmiştir. Kullanılan karışım polimer olarak camsı polietersulfon (PES), zeolit olarak SAPO-34 ve uyumlaştırıcı olarak 2- hidroksi-5-metil anilin (HMA)'den oluşmaktadırlar. Önceki çalışmada üretilen membranlar kullanılmıştır ve bazı membranlar sentezlendiği halde kullanılırken, bazı membranlara test edilmeden önce son tavlama işlemi uygulanmıştır (120°C, 0.2 atm., N2 atm., 7-30 gün). Membranların sıcaklığa bağlı gaz geçirme özellikleri H2, CO2 ve CH4 gazlarının 35 °C- 120 °C arasında tek gaz geçirgenliklerinin ölçülmesiyle karakterize edilmiştir. Membranlar ayrıca taramalı elektron mikroskobu (SEM), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve termal gravimetrik analiz (TGA) ile de karakterize edilmişlerdir.Tavlama süresi ve sıcaklığı karışık matrisli membranların tekrarlanabilirliklerini ve kararlılıklarını etkilemiştir ve son tavlama işleminin karışık matrisli membranlara daha yüksek sıcaklıklarda ve daha uzun sürelerde uygulanması ile daha kararlı membranlar elde edilmiştir. Saf PES membranlarda ise ek bir işleme gerek kalmadan kararlı performanslar elde edilmiştir.Çalışılan tüm gazların geçirgenlikleri işletim sıcaklığının artması ile artmıştır. Ayrıca sıcaklıkla H2/CO2 seçiciliği artmış, CO2/CH4, H2/CH4 seçicilikleri ise düşmüştür. Tüm sıcaklıklarda en iyi gaz ayırım performansı PES/SAPO-34/HMA karışık matrisli membranlara aittir. Sıcaklık 35 °C'den 120 °C'ye çıkarıldığında PES/SAPO-34/HMA üçlü karışık matrisli membranın H2/CO2 ideal seçicilik değeri 3.2'den 4.6'ya yükselmiş ve H2 geçirgenlik değeri 8 Barrer`dan 26.50 Barrer'a yükselmiştir. Bu sonuçlar H2/CO2 ayırımı için yüksek sıcaklıklarda çalışmanın daha avantajlı olacağını göstermektedir. Aktivasyon enerjileri tüm membranlarda şu sırada bulunmuştur; CH4 > H2> CO2. Tüm membranların aktivasyon enerjileri aynı mertebededir ancak PES/SAPO-34 membranın aktivasyon enerjisi PES membrandan daha düşüktür. Ayrıca PES/SAPO-34/HMA membranın aktivasyon enerjisi PES/SAPO-34 membranından yüksek ve PES membranına yakındır bu da HMA'nın iki faz arasında uyumlaştırıcı görevi yaptığını göstermektedir.