دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی

مهندس محمد مهدیارفر ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، 24 تیر ماه سال 91، از رساله خود با عنوان « ساخت و ارزیابی غشاهای کربنی به منظور جداسازی گازها » با راهنمایی   دکتر تورج محمدی و  دکتر علی مهاجری   دفاع نمودند.

چکیده

با توجه به برخی از محدودیت های غشاهای پلیمری، غشاهای کربنی امیدهای تازه ای برای بسیاری از جداسازی های گازی توسط غشا به شمار می روند. در این پژوهش، نمونه های غشا کربنی به منظور کاربرد در جداسازی گازها ساخته شد. رزین فنلی به عنوان ماده پیشتاز برای تولید کربن انتخاب شد. نشان داده شد که کربن حاصل از کربنیزاسیون رزین فنلی در دمای °C‌800 خاصیت غربال مولکولی از خود نشان می دهد و می تواند برای جداسازی گاز اکسیژن از نیتروژن مورد استفاده قرار گیرد. همچنین کربن حاصل از کربنیزاسیون در دمای °C‌700 نیز با مکانیسم جذب سطحی و با ظرفیت جذب بالای ناشی از حجم زیاد حفرات، می‌تواند برای برخی از جداسازی های گازها مفید باشد. ازن دار کردن برخی نمونه های کربن، رفتار غربال مولکولی آنها را تضعیف نمود، لیکن ظرفیت جذب برخی گازها مانند دی اکسید کربن را افزایش داد. روش مورد استفاده برای ساخت غشا، پوشش دادن سطح یک پایه متخلخل توسط محلول رزین فنلی و به دنبال آن خشک کردن، پخت و کربنیزه کردن لایه رزین بود. پایه های متعددی از جنس آلومینا، تیتانیا، گرافیت و پایه‌های ساخته شده از پودر کربن فعال به همراه یک بایندر، مورد استفاده قرار گرفتند. این پایه ها در دو فرم استوانه ای و دیسکی مورد استفاده قرار گرفتند. روش‌های متعددی از جمله غوطه‌وری و دورانی به منظور پوشش‌دهی بررسی شدند. شرایط مختلف خشک کردن، پخت و کربنیزه کردن مورد بررسی قرار گرفتند. نمونه های غشا ساخته شده، از نظر تراوش‌پذیری متان، دی اکسید کربن و نیتروژن مورد بررسی قرار گرفتند. در تمام موارد، تراوش پذیری بالا به همراه انتخابگری پایین در نمونه ها مشاهده شد که نمایانگر مکانیسم ترکیبی انتقال توده گاز و نفوذ نادسن بود. بررسی ها، وجود ترک های فراوان بر روی سطح لایه کربن را نشان دادند. به منظور پیشگیری و یا اصلاح این عیوب، روش های متعدد از جمله تکرار عملیات لایه نشانی - کربنیزاسیون، کنترل سرعت سرد شدن نمونه، کربنیزاسیون در دماهای پایین و پوشش دهی سطح کربن با یک پلیمر تراوا، مورد بررسی قرار گرفتند. این روش‌ها در پیشگیری/ اصلاح عیوب غشا کربنی کارایی کمی از خود نشان دادند.