جداسازی بهینه گازها به کمک غشاهای نانوکامپوزیتی
فرایند جداسازی گازها کاربردهای زیادی در صنایع نفت و گاز و پزشکی دارد. فرایند جداسازی گازی به روش‌هایی گفته می‌شود که به‌وسیله‌ی آن‌ها مخلوط چند گاز از هم جدا می‌شوند که محصول نهایی این فرایند می‌تواند چند گاز و یا یک گاز با خلوص بالا باشد.
روش‌های متفاوتی به‌منظور اعمال فرایند جداسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از روش‌های پرکاربرد، استفاده از غشاهای مصنوعی است. این غشاها معمولاً از پلیمر و سرامیک‌ها ساخته می‌شوند. بهینه کردن عملکرد غشاها جهت بهبود فرایند جداسازی گاز یکی از اولویت‌های تحقیقاتی در این حوزه از علم به شمار می‌رود.
دکتر احمدرضا رئیسی هدف اصلی این پژوهش را ساخت غشای پلیمری جهت جداسازی گازهای دی‌اکسید کربن/نیتروژن و اکسیژن / نیتروژن عنوان کرد.
وی افزود: «استفاده از غشای نانوکامپوزیتی ساخته شده در این طرح جهت جداسازی گاز، موجب افزایش بازدهی فرایند و همچنین کاهش هزینه‌ی فرایند جداسازی گاز خواهد شد.»
غشای ساخته‌شده در این طرح متشکل از پلی اترسلفون/پلی(اتر-بلوک-آمید) بوده است که ذرات زئولیت در مقیاس میکرو و نانو به ماتریس پلیمری افزوده شده است. افزوده شدن نانوذرات زئولیت بهبود عملکرد جداسازی گازی غشاء نسبت به حضور میکروذرات را در پی داشته است. در این غشاء، پلی اترسولفون نقش لایه‌ی نگه‌دارنده و پلی(اتر-بلوک-آمید) به‌عنوان لایه‌ی گزینش گر عمل می‌کند.
رئیسی در رابطه با مراحل ساخت این غشا گفت: «در مرحله‌ی اول مواد پلیمری و نانوذرات زئولیت هر یک به‌صورت جداگانه سنتز شدند. بدین‌صورت که نانوذرات زئولیت NaX از مواد با ترکیب هیدروکسید سدیم،/آلومینات سدیم/سیلیکا/ آب سنتز شد. همچنین لایه‌ی نگه‌دارنده‌ی پلی اترسولفون با استفاده از روش تغییر فاز و به‌وسیله‌ی غوطه‌وری و لایه‌ی گزینش گر پلی اتر بلوک آمید یک بار به‌صورت خالص و یک بار حاوی نانوذرات زئولیت با روش تبخیر حلال سنتز شد. در ادامه غشا ساخته‌شده و عملکرد آن در جداسازی گازها مورد ارزیابی قرار گرفت.
بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، عملکرد گزینشگری غشا حاوی نانوذرات زئولیت جهت جداسازی گاز دی‌اکسید کربن/نیتروژن از 03/42 به 98 درصد و جداسازی اکسیژن/ نیتروژن از 3/03 به 7/76 بهبود یافته است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر احمدرضا رئیسی و دکتر عبدالرضا اروجعلیان- اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر- و کیومرث زرشناس- دانش‌آموخته‌ی مقطع کارشناسی این دانشگاه- است. نتایج این کار در مجله‌یJournal of Membrane Science (جلد 510، سال 2016، صفحات 270 تا 283) به چاپ رسیده است.
