Ανάπτυξη ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό και την αφύγρανση αερίων
Η αφύγρανση των αερίων είναι μια από τις πιο σημαντικές διεργασίες της βιομη-χανίας (μεταφορά φυσικού αερίου, παραγωγή καθαρών ρευμάτων διοξειδίου του άν-θρακα και υδρογόνου) και βρίσκει εφαρμογή στην καθημερινότητα (αφυγραντήρες, κλι-ματιστικά συστήματα). Οι τρεις βασικές μέθοδοι αφύγρανσης αέριων...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/23687 |
| id |
nemertes-10889-23687 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ιοντικά υγρά Νικοτίνη Μεμβράνες ιοντικών υγρών Πολυμερικά ιοντικά υγρά Διαχωρισμός αερίων Αφύγρανση αερίων Διαπερατότητα υγρασίας Διοξείδιο του άνθρακα Ionic liquids Nicotine Supported ionic liquid membranes Polymeric ionic liquids Gas separation Gas dehumidification Water vapor permeability Carbon dioxide |
| spellingShingle |
Ιοντικά υγρά Νικοτίνη Μεμβράνες ιοντικών υγρών Πολυμερικά ιοντικά υγρά Διαχωρισμός αερίων Αφύγρανση αερίων Διαπερατότητα υγρασίας Διοξείδιο του άνθρακα Ionic liquids Nicotine Supported ionic liquid membranes Polymeric ionic liquids Gas separation Gas dehumidification Water vapor permeability Carbon dioxide Βρούλιας, Διονύσιος Ανάπτυξη ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό και την αφύγρανση αερίων |
| description |
Η αφύγρανση των αερίων είναι μια από τις πιο σημαντικές διεργασίες της βιομη-χανίας (μεταφορά φυσικού αερίου, παραγωγή καθαρών ρευμάτων διοξειδίου του άν-θρακα και υδρογόνου) και βρίσκει εφαρμογή στην καθημερινότητα (αφυγραντήρες, κλι-ματιστικά συστήματα). Οι τρεις βασικές μέθοδοι αφύγρανσης αέριων ρευμάτων είναι η απορρόφηση, η προσρόφηση σε στερεά ξηραντικά υλικά και η ψύξη, βασικό μειονέ-κτημα των οποίων είναι η κατανάλωση πολύ μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας. Μια εναλ-λακτική τεχνολογία είναι η χρήση συμπαγών μεμβρανών, η οποία θεωρείται «πράσινη» καθώς δεν απαιτείται πηγή θερμότητας για θερμική αναγέννηση. Ωστόσο, στην περί-πτωση των πολυμερικών μεμβρανών, ανακύπτουν προβλήματα που συμβάλλουν στη μεί-ωση της απόδοσης τους. Ο συνδυασμός ιοντικών υγρών με την τεχνολογία των μεμβρα-νών αποτελεί στρατηγική για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών.
Μέχρι σήμερα, τα ιοντικά υγρά βασισμένα στη νικοτίνη έχουν μελετηθεί ως κα-ταλύτες σε διάφορες οργανικές αντιδράσεις αλλά ποτέ στoν διαχωρισμό και την αφύ-γρανση αερίων. Σε αυτή την εργασία, οι στηριζόμενες μεμβράνες με ιοντικά υγρά με βάση τη νικοτίνη εξετάστηκαν ως εκλεκτικές μεμβράνες διαχωρισμού υδρατμών. Πραγ-ματοποιήθηκε διερεύνηση της επίδρασης του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας, της πα-ρουσίας αιθερικής ομάδας στην αλυσίδα και της επίδρασης του ανιόντος στα ιοντικά υ-γρά της νικοτίνης αλλά και σε πολυμερικά ιοντικά υγρά βασισμένα σε ένα πρόδρομο πολυαιθέρα με κύρια αλυσίδα βασισμένη στην πυριδίνη.
Συμπερασματικά, η αύξηση του μήκους της αλκυλικής αλυσίδας του κατιόντος συμβάλλει στην αύξηση της υδροφοβικότητας των ιοντικών υγρών, ενώ η παρουσία αι-θερικών ομάδων στην αλκυλική αλυσίδα έχει την πιο θετική επίδραση στη διαπερατό-τητα υδρατμών. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι η διαπερατότητα είτε των στηριγμένων μεμ-βρανών είτε των πολυμερικών ιοντικών υγρών μπορεί να βελτιωθεί, επιλέγοντας ένα α-ντισταθμιστικό ανιόν με υψηλή υδροφιλικότητα. Oι μεμβράνες με τα πιο υδρόφιλα ανιό-ντα ([ΕtOEtNic][MeSO3]/PVDF και PIL-MeSO4) εμφάνισαν την υψηλότερη διαπερατό-τητα υδρατμών (1.46 x 106 και 1.84 x 105 Barrer στους 30 oC αντίστοιχα) και εκλεκτικό-τητα Η2Ο/αερίων. Η απόδοση αυτών των μεμβρανών όσον αφορά τις ιδιότητες διαπερα-τότητας υδρατμών είναι από τις υψηλότερες που έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία. |
| author2 |
Vroulias, Dionysios |
| author_facet |
Vroulias, Dionysios Βρούλιας, Διονύσιος |
| author |
Βρούλιας, Διονύσιος |
| author_sort |
Βρούλιας, Διονύσιος |
| title |
Ανάπτυξη ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό και την αφύγρανση αερίων |
| title_short |
Ανάπτυξη ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό και την αφύγρανση αερίων |
| title_full |
Ανάπτυξη ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό και την αφύγρανση αερίων |
| title_fullStr |
Ανάπτυξη ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό και την αφύγρανση αερίων |
| title_full_unstemmed |
Ανάπτυξη ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό και την αφύγρανση αερίων |
| title_sort |
ανάπτυξη ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό και την αφύγρανση αερίων |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/23687 |
| work_keys_str_mv |
AT brouliasdionysios anaptyxēiontikōnygrōngiatodiachōrismokaitēnaphygransēaeriōn AT brouliasdionysios developmentofionicliquidsforseparationanddehumidificationofgases |
| _version_ |
1771297266349375488 |
| spelling |
nemertes-10889-236872022-11-05T04:36:39Z Ανάπτυξη ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό και την αφύγρανση αερίων Development of ionic liquids for separation and dehumidification of gases Βρούλιας, Διονύσιος Vroulias, Dionysios Ιοντικά υγρά Νικοτίνη Μεμβράνες ιοντικών υγρών Πολυμερικά ιοντικά υγρά Διαχωρισμός αερίων Αφύγρανση αερίων Διαπερατότητα υγρασίας Διοξείδιο του άνθρακα Ionic liquids Nicotine Supported ionic liquid membranes Polymeric ionic liquids Gas separation Gas dehumidification Water vapor permeability Carbon dioxide Η αφύγρανση των αερίων είναι μια από τις πιο σημαντικές διεργασίες της βιομη-χανίας (μεταφορά φυσικού αερίου, παραγωγή καθαρών ρευμάτων διοξειδίου του άν-θρακα και υδρογόνου) και βρίσκει εφαρμογή στην καθημερινότητα (αφυγραντήρες, κλι-ματιστικά συστήματα). Οι τρεις βασικές μέθοδοι αφύγρανσης αέριων ρευμάτων είναι η απορρόφηση, η προσρόφηση σε στερεά ξηραντικά υλικά και η ψύξη, βασικό μειονέ-κτημα των οποίων είναι η κατανάλωση πολύ μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας. Μια εναλ-λακτική τεχνολογία είναι η χρήση συμπαγών μεμβρανών, η οποία θεωρείται «πράσινη» καθώς δεν απαιτείται πηγή θερμότητας για θερμική αναγέννηση. Ωστόσο, στην περί-πτωση των πολυμερικών μεμβρανών, ανακύπτουν προβλήματα που συμβάλλουν στη μεί-ωση της απόδοσης τους. Ο συνδυασμός ιοντικών υγρών με την τεχνολογία των μεμβρα-νών αποτελεί στρατηγική για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών. Μέχρι σήμερα, τα ιοντικά υγρά βασισμένα στη νικοτίνη έχουν μελετηθεί ως κα-ταλύτες σε διάφορες οργανικές αντιδράσεις αλλά ποτέ στoν διαχωρισμό και την αφύ-γρανση αερίων. Σε αυτή την εργασία, οι στηριζόμενες μεμβράνες με ιοντικά υγρά με βάση τη νικοτίνη εξετάστηκαν ως εκλεκτικές μεμβράνες διαχωρισμού υδρατμών. Πραγ-ματοποιήθηκε διερεύνηση της επίδρασης του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας, της πα-ρουσίας αιθερικής ομάδας στην αλυσίδα και της επίδρασης του ανιόντος στα ιοντικά υ-γρά της νικοτίνης αλλά και σε πολυμερικά ιοντικά υγρά βασισμένα σε ένα πρόδρομο πολυαιθέρα με κύρια αλυσίδα βασισμένη στην πυριδίνη. Συμπερασματικά, η αύξηση του μήκους της αλκυλικής αλυσίδας του κατιόντος συμβάλλει στην αύξηση της υδροφοβικότητας των ιοντικών υγρών, ενώ η παρουσία αι-θερικών ομάδων στην αλκυλική αλυσίδα έχει την πιο θετική επίδραση στη διαπερατό-τητα υδρατμών. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι η διαπερατότητα είτε των στηριγμένων μεμ-βρανών είτε των πολυμερικών ιοντικών υγρών μπορεί να βελτιωθεί, επιλέγοντας ένα α-ντισταθμιστικό ανιόν με υψηλή υδροφιλικότητα. Oι μεμβράνες με τα πιο υδρόφιλα ανιό-ντα ([ΕtOEtNic][MeSO3]/PVDF και PIL-MeSO4) εμφάνισαν την υψηλότερη διαπερατό-τητα υδρατμών (1.46 x 106 και 1.84 x 105 Barrer στους 30 oC αντίστοιχα) και εκλεκτικό-τητα Η2Ο/αερίων. Η απόδοση αυτών των μεμβρανών όσον αφορά τις ιδιότητες διαπερα-τότητας υδρατμών είναι από τις υψηλότερες που έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία. Οικονομική υποστήριξη του Ιδρύματος Σταύρος Νιάρχος στο πλαίσιο του έργου ARCH-ERS (“Advancing Young Researchers’ Human Capital in Cutting Edge Technologies in the Preservation of Cultural Heritage and the Tackling of Societal Challenges”). Για το χρονικό διάστημα 2019-2022, η εργασία αυτή υποστηρίχθηκε από το έργο “Βιομετατροπή των εκπομπών λιγνιτικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής σε καύσιμα και άλλα χημικά (ΒΙΟΜΕΚ)” (Τ1ΕΔΚ-00279), στο πλαίσιο της Δράσης ΕΡΕΥΝΩ – ΔΗ-ΜΙΟΥΡΓΩ - ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ που συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση και εθνικούς πόρους μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία που εντάσσεται στο “Επιχειρησιακό Πρόγραμμα ΕΠΑνΕΚ 2014-2020”. Gas dehumidification is an important process in industry (natural gas distribution, purification of carbon dioxide and hydrogen streams) and it is also applied in everyday life (dehumidifiers, air conditioning systems). The three main methods for dehumidifica-tion are absorption by solid desiccants and refrigeration, the main disadvantage of which is the consumption of very large amounts of energy. One alternative technology includes the use of dense membranes, considered a «green» process as no heat source is required for their operation. However, in the case of polymer membranes, problems arise contrib-uting to reducing their performance. The combination of ionic liquids with membrane-based technology is another strategy for dealing with these problems. Until now, nicotine-based ionic liquids have mainly been investigated as catalysts in various organic reactions, but they have never been tested in gas separation and dehu-midification. In this work, supported nicotine-based ionic liquid membranes were exam-ined as water vapor selective membranes. The investigation was focused on the effect of alkyl chain length, the presence of ether group in the alkyl chain, the effect of the anion in nicotine-based ionic liquids and the same effect in polymeric ionic liquids based on aromatic polyether copolymer containing main chain pyridine units. In conclusion, the alkyl chain lengthening of the cation contributes to ionic liquid hydrophobicity increase, while the presence of the ether group in the alkyl chain has a favorable effect in water vapor permeability. In addition, it has been demonstrated that the water vapor permeability of either supported membranes or polymeric ionic liquids can be tuned by selection of a counter anion with high hydrophilicity. The membranes containing the more hydrophilic counter anion ([ΕtOEtNic][MeSO3]/PVDF and PIL-MeSO4) had the highest water vapor permeability (1.46 x 106 and 1.84 x 105 Barrer at 30 oC respectively) and H2O/gas selectivities. The performance of these membranes in terms of water vapor permeation properties is among the highest reported in the literature. 2022-11-04T08:24:07Z 2022-11-04T08:24:07Z 2022-10-05 https://hdl.handle.net/10889/23687 el application/pdf |
