| Περίληψη: | Τα τελευταία χρόνια η ανάπτυξη ανόργανων μεμβρανών για διαχωρισμό αερίων μιγμάτων έχει αποκτήσει ιδιαίτερο ερευνητικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε πιο αποδοτικές διεργασίες διαχωρισμού σε βιομηχανικές, ενεργειακές και περιβαλλοντικές εφαρμογές, όπως η δέσμευση του CO2 προερχόμενου από θερμικές μονάδες, ο διαχωρισμός υδρογόνου από το αέριο προϊόν της αναμόρφωσης καυσίμων και η απομάκρυνση του CO2 από το φυσικό αέριο και το βιοαέριο. Η σύνθεση ανόργανων μεμβρανών βασίζεται σε διάφορες μεθόδους, όπως η χημική εναπόθεση από ατμό (CVD) και η πυρόλυση, ανάλογα με το είδος και τη χημική σύσταση της μεμβράνης.
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν τρεις τύποι ανόργανων μεμβρανών ως προς τη συμπεριφορά τους στο διαχωρισμό αερίων μιγμάτων H2, CO2, CH4, και N2: (α) μεμβράνες άνθρακα, (β) μεμβράνες MoO3, (γ) μεμβράνες Deca-dodecasil 3 Rombohedral (DD3R). Η απόδοση των μεμβρανών αξιολογήθηκε με μετρήσεις διαπέρασης Ν2, Η2, CO2, CH4 και He συναρτήσει της θερμοκρασίας διαπέρασης. Στην περίπτωση των μεμβρανών άνθρακα, χρησιμοποιήθηκαν διαλύματα φουρφουρυλικής αλκοόλης-φουρφουράλης ως πρόδρομες ενώσεις και μελετήθηκε η επίδραση του είδους του καταλύτη, π-τολουόλο σουλφονικό οξύ (p-toluenesulfonic acid, PTSΑ) ή τριχλωριούχος σίδηρος (FeCl3), στον πολυμερισμό των πρόδρομων ενώσεων, και κατ’ επέκταση στη σύνθεση των μεμβρανών άνθρακα. Ειδικότερα, κατά τη διαδικασία της πυρόλυσης ο FeCl3 ανάγεται σε μεταλλικό σίδηρο, ο οποίος λειτουργεί ως καταλύτης γραφιτοποίησης κατά το σχηματισμό της μεμβράνης άνθρακα, τροποποιώντας τη δομή της στην περιοχή γειτνίασης με τα σωματίδια σιδήρου. Βρέθηκε ότι η παρουσία του σιδήρου δεν έχει ευεργετική επίδραση στις ιδιότητες της μεμβράνης ως προς το διαχωρισμό των αερίων που μελετήθηκαν.
Οι μεμβράνες ΜοΟ3 παρασκευάσθηκαν σε πορώδεις σωλήνες Vycor. Εξετάσθηκαν τρεις μέθοδοι παρασκευής: (α) εμβάπτιση των σωλήνων σε διάλυμα που περιέχει MoCl5, (β) εξάχνωση του ΜοΟ3 και (γ) χημική εναπόθεση με ατμό (CVD) μέσω της αντίδρασης MoO2Cl2 ή MoCl5 και υδρατμού. Οι συντεθείσες μεμβράνες ΜοΟ3 δεν είναι σταθερές. Παρόλα αυτά, οι ληφθείσες μετρήσεις έδειξαν την ακόλουθη σειρά διαπέρασης αερίων: He > H2 >CO2> CH4 ≈ N2.
Τέλος, εξετάσθηκε η απόδοση του τεκτοπυριτικού υλικού Deca- dodecasil-3Rombohedral (DD3R) στο διαχωρισμό CO2 από μίγματα που περιέχουν He, H2, N2, CH4 και CO. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις διαπέρασης των H2, CO2, N2, CH4 και CO ως συνάρτηση της θερμοκρασίας, της σύστασης και της πίεσης του ρεύματος εισόδου. Επίσης εξετάσθηκε η επίδραση της παρουσίας υγρασίας καθώς και της χρήσης ή μη φέροντος αερίου στην πλευρά του διηθήματος στην ειδική ροή μάζας των συστατικών. Σε όλες τις περιπτώσεις η μεμβράνη επέτρεψε την εκλεκτική μεταφορά του CO2 με σειρά διαπέρασης των αερίων: CO2>H2>Ηe>CO≥N2>CH4. Η βέλτιστη απόδοση της μεμβράνης εμφανίζεται σε χαμηλές θερμοκρασίες (273 Κ), ενώ η παρουσία υγρασίας στην τροφοδοσία δεν επηρέασε σημαντικά την απόδοσή της. Η εκλεκτικότητα της μεμβράνης μπορεί να αποδοθεί σε διαφορές στην προσρόφηση και διάχυση των αερίων που εξετάσθηκαν.
|
|---|
