Carbon Membranes Derived From Polymer Blend Of Polyetherimide And Polyethylene Glycol For Gas Separation
Teknologi membran menawarkan banyak kelebihan berbanding kaedah pemisahan gas konvensional seperti kesederhanaan dan kemudahan operasi. Membran karbon mempunyai rintangan haba yang tinggi dan kestabilan kimia yang baik dalam persekitaran mengakis. Dalam kajian ini, dalam usaha untuk meningkatkan...
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Thesis |
| Language: | English |
| Published: |
2015
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://eprints.usm.my/41017/1/Carbon_Membranes_Derived_From_Polymer_Blend_Of_Polyetherimide_And_Polyethylene_Glycol_For_Gas_Separation.pdf |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Summary: | Teknologi membran menawarkan banyak kelebihan berbanding kaedah
pemisahan gas konvensional seperti kesederhanaan dan kemudahan operasi.
Membran karbon mempunyai rintangan haba yang tinggi dan kestabilan kimia yang
baik dalam persekitaran mengakis. Dalam kajian ini, dalam usaha untuk
meningkatkan kebolehtelapan gas, membran karbon telah disintesis daripada gaulan
polimer polieterimida (PEI) dan polietilena glikol (PEG). Membran karbon
PEG/PEI telah disintesis di atas sokongan alumina disalut dengan lapisan
pertengahan Al2O3. Kesan parameter penyediaan yang berbeza kepada morfologi,
sifat struktur dan prestasi pemisahan membran karbon telah dikaji dengan
mengubah nisbah gaulan (0, 0.1, 0.2, 0.3 dan 0.4 PEG:PEI), suhu karbonisasi (550,
600, 650 dan 700 °C), kadar pemanasan (1, 3, 5 dan 7 °C/minit) dan masa rendaman
(1, 2 dan 3 jam). Membran karbon PEG/PEI dengan prestasi pemisahan yang terbaik
terus diuji pada suhu penyerapan (25, 50, 75 dan 100 °C) dan tekanan suapan (2,
2.5, 3 dan 3.5 bar) yang berbeza. Prestasi pemisahan membran karbon PEG/PEI
terus disiasat dengan campuran gas binari CO2/CH4, CO2/N2 dan O2/N2. Daripada
keputusan pencirian, membran karbon PEG/PEI terdiri daripada tiga lapisan
berbeza; lapisan karbon, lapisan pertengahan Al2O3 dan sokongan alumina.
Keputusan XRD menunjukkan bahawa membran karbon PEG/PEI mempunyai
struktur amorfus. Luas permukaan BET membran karbon terhasil daripada nisbah
gaulan 0.1 PEG:PEI (ditandakan sebagai membran karbon PEG1/PEI) meningkat
kepada 544.07 m2/g berbanding 248.75 m2/g oleh membran karbon tulen PEI.
Ketelapan CO2 dan O2 membran karbon PEG1/PEI meningkat kepada masingmasing
1685 dan 927 barrer berbanding 421 dan 262 barrer dipamerkan oleh
membran karbon PEI. Membran karbon yang diperoleh daripada nisbah gaulan 0.1
PEG:PEI dan dikarbonisasi pada suhu 650 °C dengan kadar pemanasan 1 °C/minit
dan masa rendaman 2 jam menunjukkan prestasi pemisahan yang terbaik dengan
pemilihan unggul CO2/CH4, CO2/N2 dan O2/N2 yang tertinggi iaitu masing-masing
64.72, 38.02 dan 5.05. Bagi campuran gas binari, sampel ini mempamerkan
pemilihan CO2/CH4, CO2/N2 dan O2/N2 masing-masing sebanyak 38.10, 34.74 dan
3.98. Prestasi membran karbon terjejas akibat kesan penuaan membran. Selepas
proses pembangunan semula pada suhu 300 °C, ketelapan CO2 dan O2 membran
karbon PEG1/PEI pulih sebanyak 80 % daripada ketelapan asal dengan pemilihan
unggul CO2/CH4, CO2/N2 dan O2/N2 masing-masing 75.23, 45.54 dan 6.09. Secara
keseluruhan, membran karbon PEG1/PEI menunjukkan prestasi pemisahan yang
lebih baik dengan peningkatan ketelapan gas dan pemilihan unggul berbanding
membran karbon PEI.
________________________________________________________________________________________________________________________
Membrane technology offers many advantages over conventional gas
separation methods such as simplicity and ease operation. Carbon membrane has a
high thermal resistance and good chemical stability in corrosive environments. In
the present study, in order to enhance the gas permeability, carbon membrane was
synthesized from polymer blend of polyetherimide (PEI) and polyethylene glycol
(PEG). The PEG/PEI carbon membrane was synthesized on the alumina support
coated with an Al2O3 intermediate layer. The effect of different preparation
parameters on the carbon membranes properties and separation performance were
studied by varying the blend ratios (0, 0.1, 0.2, 0.3 and 0.4 PEG:PEI), carbonization
temperatures (550, 600, 650 and 700 °C), heating rates (1, 3, 5 and 7 °C/min) and
soaking times (1, 2 and 3 h). The PEG/PEI carbon membrane with the best
separation performance was further tested at the different permeation temperatures
(25, 50, 75 and 100 °C) and feed pressures (2.0, 2.5, 3.0 and 3.5 bar). The PEG/PEI
carbon membrane separation performance was further investigated with the binary
gas mixtures of the CO2/CH4, CO2/N2 and O2/N2. From the characterization results,
the PEG/PEI carbon membranes consist of three distinguish layers; a carbon layer,
Al2O3 intermediate layer and alumina support. The XRD results revealed that the
PEG/PEI carbon membrane has an amorphous structure. The BET surface area of
the carbon membrane derived from 0.1 PEG:PEI blend ratio (denoted as PEG1/PEI
carbon membrane) increased to 544.07 m2/g ratio rather than 248.75 m2/g by pure
PEI carbon membrane. The CO2 and O2 permeability of the PEG1/PEI carbon
membrane increased to 1685 and 927 barrer, respectively rather than 421 and 262
barrer exhibited by PEI carbon membrane, respectively. The carbon membrane
derived from 0.1 PEG:PEI blend ratio and carbonized at temperature of 650 °C with
heating rate of 1 °C/min and 2 h of soaking time showed the best separation
performance with the highest of the CO2/CH4, CO2/N2 and O2/N2 ideal selectivities
of 64.72, 38.02 and 5.05, respectively. For binary gas mixtures, this sample
exhibited the CO2/CH4, CO2/N2 and O2/N2 selectivities of 38.10, 34.74 and 3.98,
respectively. The carbon membrane performance was affected by the effect of
membrane aging. After regeneration at temperature of 300 °C, the PEG1/PEI carbon
membrane restored about 80 % of the original CO2 and O2 permeability with
CO2/CH4, CO2/N2 and O2/N2 ideal selectivity of 75.23, 45.54 and 6.09, respectively.
Overall, the PEG1/PEI carbon membranes exhibited better separation performance
with enhanced gas permeability and ideal selectivity compared to pure PEI carbon
membrane.
|
|---|