کاربرد غشاهای زیست‌تخریب‌پذیر پلی‌(لاکتیک اسید) در تماس‌دهنده‌های غشایی: سنتز و ارزیابی عملکرد

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 بابل، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، صندوق پستی 484

2 تهران، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، صندوق پستی 47515373

چکیده

فرضیه: گرمایش جهانی که ناشی از انتشار CO2 است نیازمند راهبردهای فوری برای کاهش است. جذب CO2 با جاذب‌های مایع، رویکردی امیدوارکننده است و تماس‌دهنده‌های غشایی، جداسازی CO2 را افزایش می‌دهند. با این وجود، ترشوندگی غشا همچنان چالش بزرگی است که معمولاً با استفاده از پلیمرهای آب‌گریز برطرف می‌شود. اثربخشی این پلیمرها، تنوع آن‌ها محدود بوده و زیست‌تخریب‌پذیر نیستند.
روش‌ها: در این مطالعه از پلی‌(لاکتیک اسید) (Polylactic acid, PLA) که  پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر مشتق‌شده از منابع تجدیدپذیر است، به عنوان جایگزینی پایدار استفاده شده است. غشا PLA با روش وارونگی فاز ساخته و آزمون‌هایی برای ارزیابی انجام شد. عملکرد جذب CO2 در تماس‌دهنده غشایی صفحه‌تخت ارزیابی شد و پایداری بلندمدت غشا در طول شش روز بررسی شد.
یافته‌ها: غشا PLA آب‌گریزی متوسط با زاویه تماس 76.01 درجه و فشار ورود مایع 2.5 بار نشان داد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی، وجود ساختار متخلخل انگشتی‌شکل را تأیید کرد که انتقال جرم کارآمد را تسهیل می‌کند. در آزمایش‌های جذب CO2 کوتاه‌مدت که در سرعت مایع 0.06 متر بر ثانیه انجام شد، نرخ‌های جذب با استفاده از آب دریای سنتزی (ppm NaCl 40.000) و آب مقطر به‌ترتیب برابر با 0.0688molm-2 s-1 و 0.0541mol/m2s بود. آزمایش‌های بلندمدت طی شش روز کاهش عملکرد به 0.0479mol/m2s (30.32% کاهش) برای آب دریا و 0.0283mol/m2 s (47.74% کاهش) برای آب مقطر را نشان داد. پایداری برتر مشاهده شده با آب دریا به کشش سطحی بیتشر آن نسبت داده شد که ترشوندگی غشا را به تأخیر می‌اندازد و سطح مشترک گاز-مایع را حفظ می‌کند. این نتایج قابلیت غشاهای PLA را برای کاربردهای جذب CO2، به‌ویژه هنگامی که با جاذب‌های با شوری بالا ترکیب می‌شوند، نشان می‌دهد و یک گزینه سازگار با محیط‌زیست برای فناوری‌های جذب ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Application of Biodegradable Poly(lactic acid) Membranes in Membrane Contactors: Synthesis and Performance Study

نویسندگان [English]

  • Gholamreza Bakeri 1
  • Mehran Khosravani Koohi 1
  • Majid Khorshidian 2
1 Chemical Engineering Faculty, Babol Noshirvani University of Technology, P.O. Box: 484, Babol, Iran
2 Malek Ashtar University of Technology, Northern Research Center for Science and Technology, P.O. Box:47515373,, Fereydunkenar, Ir
چکیده [English]

Hypothesis: The global warming, driven by CO2 emissions, necessitates urgent mitigation strategies. CO2 capture using liquid absorbents (such as water) has emerged as a promising approach and the membrane contactors enhance the CO2 removal. However, the membrane wetting remains a major challenge, typically addressed by using hydrophobic polymers. Despite their effectiveness, these polymers have limited diversity and are non-biodegradab
Methods: Poly(lactic acid) (PLA) membrane, fabricated from a biodegradable polymer derived from renewable resources, was used as a sustainable alternative The PLA membrane was fabricated using the common phase inversion method and
the characterization tests were done. The CO2 absorption performance was assessed in a flat-sheet membrane contactor and the long-term performance was studied over six days
Findings: The PLA membrane exhibited moderate hydrophobicity with a contact angle of 76.01° and a liquid entry pressure of 2.5 bar. The scanning electron microscopy images confirmed the presence of a finger-like porous structure, facilitating efficient mass transfer. In short-term CO2 absorption tests at liquid velocity of 0.06 m/s,
the absorption rates were 0.0688 mol/m2.s and 0.0541 mol/m2.s for synthetic seawater (40,000 ppm NaCl) and distilled water, respectively as the absorbents. The long-term test over six days showed performance decline to 0.0479 mol/m2.s (30.32% reduction) for seawater and 0.0283 mol.m2.s (47.74% reduction) for distilled water. The superior stability observed with seawater was attributed to its higher surface tension, which delayed the membrane wetting and preserved the gas liquid interface. These results demonstrated the potential of PLA membranes for CO2 absorption applications, particularly when combined with high-salinity absorbents offering an environmentally friendly option for capture technologies 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Membrane contactor
  • polylactic acid polymer
  • absorption
  • hydrophobicity
  • greenhouse gases