Polymer blend based mixed matrix gas separation membranes
Polimer harmanına dayalı karışık matrisli gaz ayırma membranları
- Tez No: 422164
- Danışmanlar: PROF. DR. LEVENT YILMAZ, PROF. DR. HALİL KALIPÇILAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Polimer harmanlama ve karışık matrisli membranlar gaz ayırma membranlarının performanslarını arttırmak için önerilmiş iki yöntemdir. İnce film ve asimetrik PES/PI membranlar iki polimerin farklı oranlarda harmanlanmasıyla üretilmiş ve harman komposizyonunun gaz ayırım performansına etkileri incelenmiştir. Ayrıca, PES/PI/ZIF-8 harman temelli karışık matrisli membranlar üretilerek nano-gözenekli dolgu malzemesinin harman membranların gaz ayırım performansına etkileri incelenmiştir. Sentezlenen ZIF-8 dolgu malzemesinin ortalama parçacık boyutu 83nm'dir. Partiküller taramalı elektron mikroskobu (SEM) , X-Ray kırınımı (XRD) ve termogravimetrik (TGA) yöntemlerle analiz edilmiştir. PI oranı %5 ile %95 arasında değişen PES/PI harman membranlar, polimerlerin DMF içerisinde çözünmesiyle çözücü uçurma yöntemine göre hazırlanmıştır. Membranlar SEM, TGA ve diferansiyel taramalı kalorimetri yöntemiyle analiz edilmiştir. Harman membranların camsı geçiş sıcaklıkları saf polimerlerin camsı geçiş sıcaklıkları arasındadır. H2, CO2 ve CH4 gaz geçirgenlik testleri 3 bar besleme basıncında yapılmıştır. SEM ve DSC analizlerinde iki polimer arasında bir faz ayırımı gözlenmemiştir. Membranların gaz geçirgenlikleri ve seçicilikleri harman içerisindeki PI oranı arttıkça artmaktadır. PES/PI 20/80 oranına sahip membran, harman membranlar içerisindeki en iyi gaz ayırım performansını göstermiştir. Polimer harmanına dayalı karışık matrisli membranlar PES/PI 20/80 membrana kütlece %10 ZIf-8 eklenmesiyle hazırlanmıştır. PES/PI/ZIF-8 membranların termal ve yapısal karakteri TGA, SEM ve DSC ile incelenmiştir. ZIF-8 ekli membranların dekomposizyon sıcaklığı ince film PES/PI 20/80 membranlardan daha aşağıda tespit edilmiştir. ZIF-8 partikülleri PES/PI matrisi içerisinde homojen olarak dağılmış ve kafes içinde elek adı verilen yapıyı oluşturmuşlardır. PES/PI/ZIF-8 membranların gaz geçirgenlikleri, ince film PES/PI 20/80 membranlara kıyasla ZIF-8 parçacıklarının yüksek gözenekli yapısı sayesinde artarken, seçiciliklerinde önemli denilebilecek bir değişme görülmemiştir. Dahası, PES/PI/ZIF-8 membranların CO2/CH4 seçicilikleri PI/ZIF-8 membranların seçiciliklerinden bile daha yüksek bulunmuştur. Asimetrik PES/PI 20/80 membranlar cam üzerine yayılan Polimer/DMF çözeltisinin IPA/DMF çökeltme banyosuna batırılmasıyla elde edilmiştir. Dekomposizyon sıcaklığı ve kayıp kütle miktarları incelendiğinde, asimetrik membranların termal karakterinin ince film PES/PI 20/80 membranlar göre daha iyi olduğu görülmüştür. SEM analizleri incelendiğinde, membranların mikro-gözenekli süngerimsi bir destek tabaka üzerindeki nano-gözenekli ince kabuk tabakadan oluştuğu gözlenmiştir. Asimetrik membranların akıları, membranların gözenekli yapılarından dolayı, ince film membranlara kıyasla oldukça yüksektir. Ayrıca, asimetrik membranların H2/CO2 ve H2/CH4 seçiciliklerinde de ince film membranlar oranla artış gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Polymer blending and mixed matrix membranes are two methods suggested to improve performance of gas separation membranes. Dense and asymmetric membranes of PES/PI blends with different compositions were prepared and the effect of blend composition on gas separation performances was investigated. In addition, PES/PI/ZIF-8 blend based mixed matrix membranes were prepared in order to investigate the effect of nano-porous filler addition to polymer blends. ZIF-8 particles with size of 83 nm were synthesized. Particles were characterized through scanning electron microscopy (SEM), X-Ray diffractometer (XRD), and thermogravimetric analysis (TGA). Dense PES/PI blend membranes were prepared in DMF with PI composition in range of 5 to 95%. Membranes were characterized through SEM, TGA, and differential scanning calorimetry (DSC). Glass transition temperatures of the blend membranes were in between the values of pristine membranes. Gas permeation test were conducted for H2, CO2, and CH4 at 3 bar feed pressure. It was determined that no phase separation occurred based on SEM or DSC characterization. The permeability of all gases increased as the amount of the PI in the blend increased. H2/CO2, CO2/CH4, and H2/CH4 selectivity values increased with increasing PI composition. PES/PI 20/80 membranes performed best for all gas pairs among the blend membranes. Polymer blend based dense, mixed matrix membranes were prepared by addition of 10 wt% ZIF-8 particles into the PES/PI 20/80 matrix. Membranes were characterized through TGA, SEM, and DSC. The decomposition temperature of PES/PI/ZIF-8 membrane was found below PES/PI 20/80 membranes. ZIF-8 particles were dispersed in the polymer matrix homogeneously and formed sieve-in-cage structure. ZIF-8 addition improved the permeability of the membranes due to high porosity of the particles, while selectivity values remained almost same for all gas pairs, compared to PES/PI 20/80 blend membranes. Furthermore, CO2/CH4 separation performance of PES/PI/ZIF-8 membrane was found better than PI/ZIF-8 membranes. PES/PI 20/80 asymmetric blend membranes were prepared by immersing polymer blend/DMF solution casted on a glass plate into DMF/IPA mixture. Thermal characters of the asymmetric membranes were improved very little in terms of the decomposition temperature and weight losses. According to the SEM micrographs, membranes have thin, nanoporous skin layer on sponge-like microporous support layer. The permeances of the asymmetric membranes were significantly higher than the dense membranes, due to the high porous structure. Besides, H2/CO2 and H2/CH4 selectivity values were improved by preparation of asymmetric membranes, relative to dense membranes.
Benzer Tezler
- Polimer esaslı gaz ayırma membranlarının hazırlanması
Preparation of polymer based gas separation membranes
ERTAN DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KAŞGÖZ
YRD. DOÇ. DR. ALİ DURMUŞ
- SEBS esaslı termoplastik elastomer ile uyumlaştırılmış ve nanokil takviyeli polipropilen nanokompozitlerin üretimi
Production of SEBS based elastomer compatibilized and nanoclay reinforced polypropylene nanocomposites
EMRE TEKAY
Doktora
Türkçe
2018
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN ŞEN
- Metal infiltre edilmiş mikro poroz karbon kompozitlerin aşınma ve sürtünme davranışının karakterizasyonu
Başlık çevirisi yok
GÜLTEKİN GÖLLER
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN TEKİN
- Effects of blend morphology and layered silicates' localization on the mechanical, thermal and viscoelastic properties of multiphase biopolymeric systems
Harman morfolojisinin ve tabakalı silikatların lokalizasyonunun multifazlı biyopolimerik sistemlerin mekanik, termal ve viskoelastik özellikleri üzerine etkisi
YUSUF KAHRAMAN
Doktora
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Preparation of polybenzoxazine-EPDM rubber based hydrophobic nanocomposite materials
Polibenzokzazin-EPDM kauçuk esaslı hidrofobik nanokomozit malzemelerin hazırlanması
EBRU KURTARAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve TeknolojiSakarya ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEFER CEM OKUMUŞ
PROF. DR. UĞURSOY OLGUN