دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی

مهندس سعید شیرازیان ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، 25 اسفند ماه 1393 ، از رساله خود با عنوان « رطوبت‌زدایی از متان با استفاده از غشای زئولیتی» با راهنمایی دکتر سید نظام‌الدین اشرفی‌زاده دفاع نمودند.

چکیده

غشاهای زئولیتی چابازیت و LTA با هدف کاربرد در رطوبت‌زدایی از متان سنتز شدند. غشاهای چابازیت با یک مرحله لایه نشانی بر روی پایه آلفا آلومینای متخلخل سنتز شدند. بهترین نتایج جداسازی برای غشاهای تولید شده در دمای سنتز 140 درجه سانتی‌گراد و مدت زمان 20 ساعت با فرمول ژل رقیق حاصل شد که در این شرایط، گزینش‌پذیری ایده‌آل معادل با 30 برای بخار آب به متان حاصل گردید. بمنظور سنتز غشاهای زئولیتی LTA با کیفیت بالا، شش مرحله اصلاح بر روی غشاها صورت گرفت. در ابتدا غشاهای NaA با فرمول ژل غلیظ سنتز شدند. سپس غشاهای NaA با بذر آسیاب شده، با بذر کوچکتر از میکرون و فرمول ژل رقیق سنتز گردیدند. آزمایش‌های تراوش بخار آب و متان، میزان گزینش‌پذیری ایده‌آل 14 را در دمای تراوش 30 درجه سانتی‌گراد برای غشای سنتز شده با فرمول ژل رقیق و بذر کوچکتر از میکرون نشان داد. غشاهای NaA سنتز شده از طریق تعویض کاتیون سدیم به پتاسیم در ساختار زئولیت، به غشای KA تبدیل شدند. از عامل کلرید پتاسیم برای تعویض یونی استفاده شد و دمای 40 درجه سانتی‌گراد و غلظت 1 مولار کلرید پتاسیم به عنوان شرایط بهینه ساخت غشای KA تعیین گردید. میزان گزینش‌پذیری ایده‌آل 21 برای بخار آب به متان در دمای تراوش 30 درجه سانتی‌گراد برای غشای KA حاصل شد. در نهایت، غشاهای NaA بر روی پایه‌های کلرینه شده سنتز شدند. برای کلرینه کردن پایه‌های سرامیکی آلفا آلومینا از عامل تیونیل کلراید استفاده شد. تحلیل‌ها حاکی از آن است که عامل تیونیل کلراید با گروه‌های عاملی سطحی هیدروکسیل در پایه آلومینا واکنش داده و موجب کلرینه شدن سطح پایه‌ها می‌گردد. هنگام سنتز هیدروترمال غشا، گروه­های عاملی کلر پایه با گروه‌های عاملی هیدروکسیل هسته‌های زئولیتی تشکیل شده، پیوند کووالانسی برقرار کرده و موجب سنتز لایه زئولیتی با حداقل حفرات بین کریستالی و همچنین جهت‌گیری کنترل‌شده کریستال‌های زئولیتی بر روی سطح پایه می‌شوند. میزان گزینش‌پذیری ایده‌آل بخار آب به متان معادل با 26 برای غشاهای سنتز شده بر روی پایه کلرینه شده حاصل شد. برای توصیف و تحلیل انتقال گاز و بخار از غشاهای سنتز شده، یک مدل ریاضی بر مبنای معادلات ماکسول-استفان توسعه داده شد. مکانیزم نفوذ سطحی به عنوان مکانیزم غالب انتقال جرم از غشاهای زئولیتی سنتز شده درنظر گرفته شد. شار تراوشی بخار آب و متان از غشای NaA توسط مدل توسعه داده شده محاسبه و با مقادیر آزمایشگاهی مقایسه شد که میزان تطابق خوبی برای غشاهای NaA سنتز شده بر روی پایه اصلاح شده مشاهده گردید.

واژه‌های کلیدی: غشا، رطوبت‌زدایی، گاز طبیعی، زئولیت NaA، زئولیت چابازیت، انتقال جرم، مدل‌سازی.