With the rapid development of hydrogen economy and
membrane science, membrane-based gas separation technology shows great
potential for the hydrogen purification. Mixed matrix membranes (MMM) have been
developed in order to increase the gas separation performance of a membrane.
However, MMMs result in poor filler-polymer compabilities and filler
segregation. Metal organic frameworks (MOFs) as new fillers with high surface
area and pore volume overcome these drawbacks and enhance the H2 gas
adsorption properties. In this
study, MOF- 5 was synthesized, characterized and incorporated into polyimide
(PI) to investigate the effect of filler on the single gas permeation. MOF-5/PI MMMs were fabricated at different loading
rates (5wt.%, 10wt.%, 15wt.% MOF-5). The characterization a membrane was
performed by scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (IR),
X-ray diffraction (XRD), and thermogravimetric analysis (TGA). The
prepared membranes with varying filller
contents were used to investigate the H2, CO2 and CH4
permeation properties and H2/CO2, CO2/CH4,
H2/CH4 selectivities. The results showed that the single
gas permeation experiments for all gases increased with MOF-5 loading at room
temperature and pressure of 200 kPa. At higher loadings, ideal selectivity of H2/CO2,
CO2/CH4, H2/CH4 were found less compared to the pure polymer.
Consequently, the incorparation of MOF-5 into the polimer incresed the membrane gas permeation rates
but decreased the selectivity.
Metal organic framework Polymer Mixed matrix membrane Permeability Selectivity
Membran biliminin ve hidrojen ekonomisinin hızlı
gelişimi ile hidrojen saflaştırmada membrane dayalı ayırma teknolojisi yüksek
bir potansiyel göstermektedir. Gaz ayırma membranlarının performansını
arttırmak için karışık matrisli membranlar (MMM) geliştirilmiştir. Fakat,
MMM’lar, zayıf dolgu-polimer etkileşimine ve dolgu malzemesinin topaklanmasına
neden olmaktadır. Yüksek yüzey alanı ve por hacmine sahip yeni bir dolgu
malzemesi olan metal organik kafes sistemi (MOF) bu olumsuzlukarın üstesinden
gelmekte ve H2 gas adsoprsiyon özellikleini iyileştirmektedir. Bu
çalışmada, MOF-5 sentezlenerek, bu yapının karakteristik özellikleri
incelenmiştir. Gaz geçirgenliği üzerinde dolgu maddesinin etkisini incelemek
üzere, farklı yükleme oranlarında (0, %5, %10, %15) hazırlanan MOF-5
kristalleri poliimit membrane içine ilave edilmiştir. Karakterizasyonları,
taramalı electron mikroskobu (SEM), kızık ötesi spektrometresi (IR), x ışını
kırınım cihazı (XRD), termogravimetrik analiz (TGA) ile tayin edilmiştir.
Farklı oranlarda hazırlanan membranlar, H2, CO2 ve CH4
gazlarının geçirgenlikleri ile H2/CO2, CO2/CH4
ve H2/CH4 seçiciliklerini belirlemek üzere kullanılmıştır.
Tüm gazlarda geçirgenlik 200 kPa ve oda sıcaklığında artış göstermiş fakat yükleme oranı arttıkça H2/CO2,
CO2/CH4 ve H2/CH4 seçicilikleri saf
polimere gore azalmıştır. Sonuç olarak, polimere MOF-5’in ilavesi geçirgenlik
performansını arttırmasına rağmen, seçicilik azalma göstermiştir.
Metal organik kafes Polimer Karışık matrisli membran Geçirgenlik Seçicilik
Konular | Mühendislik |
---|---|
Bölüm | ICOCEE 2017 (International Conference on Civil and Environmental Engineering) Özel Sayısı |
Yazarlar | |
Yayımlanma Tarihi | 27 Aralık 2017 |
Kabul Tarihi | 8 Kasım 2017 |
Yayımlandığı Sayı | Yıl 2017 |