تهیه و شناسایی غشاهای آمیخته‌ای پلی‌یورتان -پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان- پلی‌آمید ۱۲- قطعه- پلی‌تترا‌متیلن‌ گلیکول برای جداسازی گاز

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه پلیمریزاسیون، صندوق پستی ۱۴۳-۱۴۱۱۵

چکیده

در این پژوهش، غشاهای آمیخته­‌ای پلی‌­یورتان (PU) سنتز شده بر پایه تولوئن­ دی­ ایزوسیانات، پلی­‌تترا­متیلن گلیکول (PTMG) و پلی‌­دی‌­متیل‌­سیلوکسان (PDMS) به همراه پلی­‌آمید۱۲ - قطعه- پلی­‌تترا­متیلن­ گلیکول () (PA12-b-PTMG) با روش تبخیر حلال تهیه شدند. پلی‌یورتان - پلی­‌دی­‌متیل­ سیلوکسان سنتز شده و غشاهای آمیخته­‌ای (PU-PDMS/PA12-b-PTMG) به کمک FTIR، DSC و SEM شناسایی شدند. نتایج به‌ دست آمده از FTIR برای پلی­‌یورتان - پلی­‌دی­‌متیل ­سیلوکسان نشان داد، قله مربوط به ارتعاش کششی پیوند NCO، در cm-1۲۲۷۰ کاملاً محو شده است که این موضوع نشان‌دهنده کامل‌ شدن واکنش نهایی است. بر اساس نتایج گرماسنجی پویشی­ تفاضلی، با  افزایش مقدار PA12-b-PTMG در غشاهای آمیخته‌­ای PU-PDMS/PA12-b-PTMG، سازگاری بین دو فاز بیشتر می­‌شود. در تصاویر SEM مشاهده شد، در غشای آمیخته‌­ای با %۲۰ وزنی از PA12-b-PTMG، آمیخته به‌طور قابل توجهی در مقیاس بسیار ریز، همگن است. خواص تراوایی گاز غشاهای آمیخته‌­ای به کمک گازهای نیتروژن، کربن دی‌­اکسید و هلیم بررسی شد و تراوایی­ گازهای نام برده با خواص آمیخته ارتباط داده شد. مقایسه نتایج مقدار تراوایی غشای پلی‌­یورتان- پلی‌­دی‌­متیل ­سیلوکسان خالص و غشاهای آمیخته‌­ای نشان داد، این غشاها نسبت به گاز کربن دی­‌اکسید بیشترین مقدار تراوایی و نسبت به گاز نیتروژن کمترین مقدار تراوایی را دارند. غشای آمیخته­‌ای با %۲۰ وزنی از PA12-b-PTMG دارای بیشترین تراوایی نسبت به گاز کربن دی­‌اکسید (≈۱۰۵ بارر) بود. با اضافه‌شدن PA12-b-PTMG به ماتریس PU/PDMS، افزایش گزینش‌­پذیری ایده‌­آل گاز هلیم در غشاهای آمیخته‌­ای مشاهده شد. در میان غشاهای آمیخته‌­ای با %۲۰-۵ وزنی از پلی­‌آمید ۱۲ - قطعه- پلی­‌تترا­متیلن­ گلیکول افزایش مقدار گزینش‌­پذیری جفت گازهای CO2/N2 تا حدود %۲۴۴، He/N2 تا حدود %۲۰ و CO2/He تا حدود %۱۰۳مشاهده شد. داده­‌های تجربی تراوایی غشاهای آمیخته‌­ای با داده‌های تراوایی محاسبه شده براساس مدل لگاریتمی افزایشی بهبود یافته، مقایسه شد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation and Characterization of Polyurethane-Polydimethylsiloxane/Polyamide12-b-Polytetramethylene Glycol Blend Membranes for Gas Separation

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Semsarzadeh*
  • Eshagh Vakili Vakili
Polymer Engineering Group, Chemical Engineering Department, Tarbiat Modares University, P.O. Box: 14115-143, Tehran, Iran
چکیده [English]

Blend membranes of synthesized polyurethane based on toluene diisocyanate (TDI), polydimethylsiloxane (PDMS) and polytetramethylene glycol (PTMG) with polyamide12-b-PTMG were prepared by solution casting technique. The synthesized polyurethane-polydimethylsiloxane and PU-PDMS/polyamide12-b-PTMG blend membranes were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). In the FTIR spectrum of the synthesized PU-PDMS, the disappearance of NCO stretching vibration at 2270 cm−1 was used to confirm the completion of the reaction. According to our DSC results, the use of higher polyamide12-b-PTMG content in PU-PDMS/polyamide12-b-PTMG blends led to greater compatibility between the two phases. The SEM images showed that the blends with polyamide12-b-PTMG (20 wt%) were significantly more homogeneous in the micrometric scale compared to other samples. Gas transport properties have been determined for N2, CO2 and He gases and the obtained permeability values were correlated with the properties of the blends. The comparison of the results with that of the pure PU-PDMS membrane showed that the blend membranes had a higher permeability toward CO2 and lower toward N2 gas. The blend membrane with 20 wt% polyamide12-b-PTMG showed higher CO2 permeability (≈105 Barrer) compared to PU-PDMS membrane. By introduction of polyamide12-b-PTMG into PU-PDMS matrix a perceptible rise in helium ideal selectivity of the blend membranes was observed. In blend membranes with 5-20 wt% polyamide12-b-PTMG contents, an enhancement of CO2/N2 (244%), He/N2 (20%) and CO2/He (103%) selectivity factor was observed. The experimental permeability values of the blend membranes were compared with the calculated permeability based on a modified additive logarithmic model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • gas separation
  • membrane
  • Permeability
  • polyurethane-polydimethylsiloxane
  • polyamide12-b-PTMG