Ảnh hưởng của loại dung môi đến hình thái và tính chất thẩm thấu khí của màng nanocomposite polysulfone-silica

Springer Science and Business Media LLC - Tập 20 - Trang 1-9 - 2013
Mahdi Pourafshari Chenar1, Hamed Rajabi1, Majid Pakizeh1, Morteza Sadeghi2, Ali Bolverdi1
1Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2Chemical Engineering Department, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, các ảnh hưởng của các dung môi khác nhau đến cấu trúc và tính chất thẩm thấu của màng nanocomposite polysulfone-silica đã được điều tra. Các hạt silica được chuẩn bị bằng phương pháp sol-gel thông qua quá trình thủy phân và ngưng tụ tetraethyl orthosilicate (TEOS). Màng nanocomposite polysulfone-silica được chuẩn bị bằng phương pháp đảo ngược pha nhiệt. N-methyl pyrrolidone (NMP), N,N-dimethyl acetamide (DMAc) và tetrahydrofuran (THF) được sử dụng làm dung môi. Dựa trên các kết quả thực nghiệm, đã quan sát thấy tính chọn lọc CO2/N2 và O2/N2 tăng lên trong sự hiện diện của các hạt silica trong tất cả các trường hợp. Tuy nhiên, độ thẩm thấu của các khí được áp dụng giảm xuống, ngoại trừ CO2. Dựa trên dữ liệu tính chọn lọc thu được, dữ liệu độ thẩm thấu và sự phân tán thuận lợi của các hạt silica trong ma trận polymer, kết quả cho thấy NMP là dung môi tốt nhất cho việc chuẩn bị màng polysulfone-silica. Độ thẩm thấu CO2 và tính chọn lọc CO2/N2 của màng polysulfone-silica (5 wt%) được chuẩn bị bằng NMP làm dung môi lần lượt là 7 barrer và 35.

Từ khóa

#polysulfone #silica #nanocomposite #thẩm thấu khí #dung môi

Tài liệu tham khảo

Ahn J, Chung WJ, Pinnau I, Guiver MD (2008) Polysulfone/silica nanoparticle mixed-matrix membranes gas separation. J Membr Sci 314:123 Aroon MA, Ismail AF, Montazer-Rahmati MM, Matsuura T (2010) Morphology and permeation properties of polysulfone membranes for gas separation: effects of non-solvent additives and co-solvent. Sep Purif Technol 72:194 Chen SH, Liou RM, Lai JY, Lai CL (2007) Effect of the polarity of additional solvent on membrane formation in polysulfone/N-methyl-2-pyrrolidone/water ternary system. Eur Polym J 43:3997 Cornelius CJ, Marand E (2002) Hybrid silica-polyimide composite membranes: gas transport properties. J Membr Sci 202:97 Ficai D, Ficai A, Voicu G, Vasile BS, Guran C, Andronescu E (2010) Polysulfone based membranes with desired pores characteristics. Matr Plastice 47:24 Ghosal K, Chern RT, Freeman BD, Daly WH, Negulescu II (1996) Effect of basic substituents on gas sorption and permeation in polysulfone. Macromolecules 29:4360. doi:10.1021/MA951310I Hu Q, Marand E, Dhingra S, Fritsch D, Wen J, Wilkes G (1997) Poly(amideimide)/TiO2 nano-composite gas separation membranes; fabrication and characterization. J Membr Sci 135:65 Iqbal M, Man Z, Mukhtar H, Dutta BK (2008) Solvent effect on morphology and CO2/CH4 separation performance of asymmetric polycarbonate membranes. J Membr Sci 318:167 Joly C, Goizet S, Schrotter JC, Sanchez J, Escoubes M (1997) Sol–gel polyimide–silica composite membrane: gas transport properties. J Membr Sci 130:63 Joly C, Smaihi M, Porcar L, Noble RD (1999) Polyimide–silica composite materials: how does silica influence their microstructure and gas permeation properties? Chem Mater 11:2331 Kesting RE, Fritzsche AK (1993) Polymeric gas separation membranes. Wiley-Interscience, New York Khulbe KC, Matsuura T, Lamarche G, Kim HJ (1997) The morphology characterization and performance of dense PPO membranes for gas separation. J Membr Sci 135:221 Kim JH, Lee YM (2001) Gas permeation properties of poly(amide-6-b-ethylene oxide)– silica hybrid membranes. J Membr Sci 193:209 Kim S, Chen L, Johnson JK, Marand E (2007) Polysulfone and functionalized carbon nanotube mixed matrix membranes for gas separation: theory and experiment. J Membr Sci 294:147 Kruczek B, Matsuura T (2000) Effect of metal substitution of high molecular weight sulfonated polyphenylene oxide membranes on their gas separation performance. J Membr Sci 167:203 Kusakabe K, Ichiki K, Hayashi J, Maeda H, Morooka S (1996) Preparation and characterization of silica–polyimide composite membranes coated on porous tubes for CO2 separation. J Membr Sci 115:65 Lee HJ, Won J, Park HC, Lee H, Kang YS (2000) Effect of poly(amic acid) imidization on solution characteristics and membrane morphology. J Membr Sci 178:35 Mahajan R, Burns R, Schaeffer M, Koros WJ (2002) Challenges in forming successful mixed matrix membranes with rigid polymeric materials. J App Poly Sci 4:881 Mark JE (2007) Physical properties of polymers handbook, 2nd edn. Springer, Berlin McHattie JS, Koros WJ, Paul DR (1991) Gas transport properties of polysulfones: 1. Role of symmetry of methyl group placement on bisphenol rings. Polymer 32:840 Moaddeb M, Koros WJ (1997) Gas transport properties of thin polymeric membranes in the presence of silicon dioxide particles. J Membr Sci 125:143 Mousavi SA, Sadeghi M, Motamed-Hashemia MMY, Pourafshari Chenar M, Roosta-Azad R, Sadeghi M (2008) Study of gas separation properties of ethylene vinyl acetate (EVA) copolymer membranes prepared via phase inversion method. Sep Purif Technol 62:642 Ng BC, Ismail AF, Abdul Rahman WAW, Hasbullah H, Abdullad MS, Hassan AR (2004) Formation of asymmetric polysulfone flat sheet membrane for gas separation: rheological assessment. J Teknol 41:73 Nunes SP, Peinemann KV, Ohlrogge K, Alpers A, Keller M, Pires ATN (1999) Membranes of poly(ether imide) and nanodispersed silica. J Membr Sci 157:219 Panndey P, Chauhan RS (2001) Membranes for gas separation. Prog Polym Sci 26:853 Sadeghi M, Semsarzadeh MA, Moadel H (2009) Enhancement of the gas separation properties of polybenzimidazole (PBI) membrane by incorporation of silica nano particles. J Membr Sci 331:21 Sener T, Okumus E, Gurkan T, Yilmaz L (2010) The effect of different solvents on the performance of zeolite-filled composite pervaporation membranes. Desalination 261:181 Shao L, Chung T-S, Wensley G, Goh SH, Pramoda KP (2004) Casting solvent effects on morphologies, gas transport properties of a novel 6FDA/PMDA-TMMDA copolyimide membrane and its derived carbon membranes. J Membr Sci 244:77 Stern SA (1994) Polymers for gas separations: the next decade. J Membr Sci 94:1 Tabe Mohammadi A, Matsuura T, Sourirajan S (1995) Design and construction of gas permeation system for the measurement of low permeation rates and permeate compositions. J Membr Sci 98:281 Wang H, Holmberg BA, Yan Y (2002) Homogeneous polymer–zeolite nanocomposite membranes by incorporating dispersible template-removed zeolite nanocrystals. J Matr Chem 12:3640 Zhou H, Chen Y, Fan H, Shi H, Luo Z, Shi B (2008) The polyurethane/SiO2 nano-hybrid membrane with temperature sensitivity for water vapor permeation. J Membr Sci 318:71 Solvay Advanced Polymers (2002) Udel polysulfone design guide. Solvay Advanced Polymers, Alpharetta