آمیخته و نواقص سطحی ایجاد شده اطراف ذرات معدنی بررسی شده است. مدل های ارائه شده برای پیش بینی تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته  بررسی شده است و عملکرد این مدل ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته ی پرشده با نانو ذرات تراوا و نقش افزایش کسر حجم آزاد بخشی از پلیمر بر عملکرد غشاها و تاثیر آن بر میزان تراوایی گازهای مختلف بررسی شده است و نحوه محاسبه تراوایی گازهای مختلف در این لایه مورد بررسی قرار گرفته است.از مدل های تماس ایده آل برای برای پیش بینی تراوایی در غشاها استفاده شده است ؛ سپس با در نظر گرفتن نقش پدیده ی افزایش کسر حجم آزاد بخشی از پلیمر ، از مدل های دو فازی برای پیش بینی تراوایی در این غشاها استفاده شده و با استفاده از تئوری فوجیتا مدل جدیدی برای محاسبه تراوایی ارائه شده است. مدل های استفاده شده در این پژوهش در مقایسه با داده های آزمایشگاهی اعتبار سنجی شده که مدل های دو فازی مانند مکسول اصلاح شده ، بروگمن اصلاح شده ، فلسک و فلسک اصلاح شده عملکر بهتری نسبت به مدل های ایده آل مانند مکسول ، بروگمن ، لوییس نلسن و پال دارند . همچنین مدل جدید ارائه شده برتری عمیقی نسبت به مدل های تماس ایده ال و دوفازی دارد.

 

كلید واژه: غشای ماتریس آمیخته ، تراوایی، مدلاسیون تراوش ، کسر حجم آزاد  ، پرکننده تراوا

 

فهرست مطالب
عنوان                                                                                                                                              صفحه

 

فصل اول   1

1.1مقدمه ای بر غشاهای جداسازی گاز    2

1.2غشاهای ماتریس آمیخته          4

1.3تاثیر پرکننده های معدنی برعملکرد جداسازی گاز توسط غشاهای ماتریس آمیخته         6

1.4پیش بینی تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته    8

1.5اهداف پژوهش                                                                                                                                                                                                                                                                                             10

2ادبیات و پیشینه پژوهش    12

تاثیر پر کننده های معدنی بر عملکرد جداسازی غشاهای ماتریس آمیخته  13

2.1غشاهای ماتریس آمیخته پرشده با میکروذرات معدنی تراوا 13

2.1.1پیش بینی تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته پرشده با میکروذرات معدنی تراوا 16

2.1.2مدل های پیش بینی تراوایی غشاهای ماتریس آمیخته تماس ایده آل                                                                                                                         17

2.1.3مدل های پیش بینی تراوایی غشاهای ماتریس آمیخته تماس غیرایده آل 31

2.1.4مقایسه مدل هایی اراائه شده برای تراوایی غشاهای ماتریس آمیخته شامل پرکننده های معدنی تراوا 55

2.2غشاهای ماتریس آمیخته پرشده با نانوذرات معدنی غیرتراوا 57

2.2.1مدل های تراوش برای غشاهای ماتریس آمیخته شامل پرکننده های معدنی ناتراوا 61

2.2.2مقایسه مدل هایی ارائه شده  برای تراوایی غشاهای ماتریس آمیخته شامل پرکننده های معدنی نا تراوا 67

2.3غشاهای ماتریس آمیخته پرشده با نانوذرات معدنی  تراوا 68

2.4تاثیر افزودن نانوذرات معدنی تراوا  بر کسر حجم آزاد پلیمر    73

2.5مدل های تراوش برای غشاهای ماتریس آمیخته شامل پرکننده های معدنی تراوا                         76

3روش پژوهش         79

3.1کلیات روش پژوهش 80

3.2انتخاب داده های تجربی  تراوایی     83

3.3مدل های تماس ایده آل پر کننده –پلیمر             86

3.4مدل های تماس غیرایده آل پر کننده –پلیمر             87

3.5ارائه روش جدیدی برای محاسبه تراوایی لایه میانی                        94

3.6اعتبار سنجی و مقایسه ی عملکرد مدل های استفاده شده  96

4نتایج پژوهش         97

4.1بررسی رفتار MMMs پرشده با نانو MOFs  98

4.2اعتبار سنجی مدل های استفاده شده برای محاسبه تراوایی در MMMsپر شده با نانو MOFs  104

4.3اصلاح ضرایب ثابت مدل فوجیتا  121

4.4تاثیر تراوایی لایه میانی بر عملکرد مدل فوجیتا                  122

4.5بررسی علل خطاهای به جود آمده در پیش بینی تراوایی      124

4.6مقایسه یافته های پژوهش با نتایج دیگر پژوهشگران     127

4.7پیش بینی تراوایی در MMMs پرشده با نانو MOFs جدید   127

5نتایج پژوهش           129

5.1جمع بندی 130

5.2نتیجه گیری                                                                                                                                                                                                                                                                                                        131

5.3پیشنهادات       132

6پیوست       133

6.1منابع     134

6.2نتایج مربوط به تراوایی پیش بینی شده در مقابل داده های تجربی      140

Abstract   149

فهرست شکل ها
عنوان                                                                                                                                              صفحه

شکل 1-1 نمایش کران بالا برای جداسازی H2/N2  5

شکل 1-2 نمایش مورفولوژی غیر ایده آل در غشای ماتریس آمیخته  14

شکل2-2 استفاده از شکل اصلاح شده ای 2 مرحله ای معادله مکسول  33

شکل3-2 طرح کلی مدل اصلاح شده دو فازی و سه فازی مکسول  37

شکل4-2مقایسه داده های تجربی با پیش بینی های از مدل ماکسول  40

شکل 5-2،    در مقابل   برای مقادیر متفاوت   47

شکل 6-2    در مقابل   برای مقادیر متفاوت                                                    48

شکل7-2 طرح کلی مدل اصلاح شده دو فازی پال  51

شکل8-2 طرح کلی مدل اصلاح شده دو فازی بروگمن برای ذرات تراوش ناپذیر  64

شکل9-2 طرح کلی مدل اصلاح شده سه فازی بروگمن برای ذرات تراوش ناپذیر  66

شکل(1-4) تاثیر افزایش بارگذاری ذرات بر عملکرد تراوایی گازهای مختلف    103

 

شکل(2-4) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف پیش بینی با مدل فلسک جدید ارائه شده با استفاده از داده های تجربی سیستم 1  107

شکل(3-4) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف پیش بینی با مدل فلسک جدید ارائه شده با استفاده از داده های تجربی سیستم 2   109

شکل(4-4) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف پیش بینی با مدل فلسک جدید ارائه شده با استفاده از داده های تجربی سیستم 3  111

شکل(5-4) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف پیش بینی با مدل فلسک جدید ارائه شده با استفاده از داده های تجربی سیستم 4 114

فهرست جداول
عنوان                                                                                                                                              صفحه

جدول 1-1 استفاده ی صنعتی غشاهای جداسازی گاز  4

جدول1-2 خلاصه ای از تاثیر پدیده های نواقص سطحی ایجاد شده بر عملکرد غشاهای ماتریس آمیخته  14

جدول 2-2 مقایسه اشکال مختلف معادله مکسول  23

جدول3-2 مقایسه مقادیر پیش بینی شده توسط مکسول و داده های آزمایشگاهی[35] 32

جدول4-2  بهترین مقادیر بدست آمده برای β و  برای پیش بینی با استفاده از مدل های چند فازی   41

جدول 5-2 نواقص سطحی ایجاد شده و  پارامترهای مورد نیاز برای توصیف انتقال از آن ها 46

جدول6-2 خلاصه مدل های پیش بینی تراوایی غشاهای ماتریس آمیخته شامل پرکننده های تراوا 52

جدول 7-2 مقایسه انحراف از معیار مدل های پیش بینی تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته  56

جدول(2-3) مقایسه داده های آزمایشگاهی با پیش بینی مدل مکسول برای سیستم های مختلف    81

جدول (3-3) خواص سیستم های مورد استفاده برای پیش بینی تراوایی   84

جدول (4-3) خواص انتقال گاز از میان چند غشای معدنی MOF  85

جدول(5-3) پارامترهای مورد استفاده در مکسول اصلاح شده برای پیش بینی تراوایی در  MMM   89

جدول(6-3) پارامترهای مورد استفاده در بروگمن اصلاح شده برای پیش بینی تراوایی در  MMM   91

جدول(8-3) پارامترهای مورد استفاده در فلسک اصلاح شده برای پیش بینی تراوایی در  MMM   93

جدول(9-3) پارامترهای مورد استفاده در مدل فلسک با استفاده از FFV برای پیش بینی تراوایی در  MMM   95

جدول (1-4)  میانگین انحراف از معیار مدل هایی تماس ایده آل در سیستم های مختلف    104

جدول (3-4)  انحراف از معیار گازهای مختلف نسبت به داده های آزمایشگاهی در دو مدل بروگمن اصلاح شده و فلسک    116

جدول (6-4)  تراوایی گازهای مختلف در لایه میانی با استفاده از تئوری فوجیتا و نسبت آن با تراوایی پلیمر خالص     120

جدول (1-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 1 برای گازهای CH4  140

جدول (3-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 1 برای گاز   H2  141

جدول (4-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 1 برای گاز   N2  141

جدول (5-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 1 برای گاز   CO2  142

جدول (6-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 2 برای گازهای CH4  142

جدول (7-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 2 برای گازهای CH4  143

جدول (8-7) مقایسه تراوایی پیش بینی شده توسط مدل های مختلف با داده های تجربی سیستم 2 برای گازهای N2  143