محققان دانشگاهی برای جداسازی رطوبت از گاز طبیعی در فرایند‌های پالایش گاز، به ساخت و بررسی نوعی نانوغشای سرامیکی اقدام نمودند. نانوغشای ساخته شده از مقاومت حرارتی و شیمیایی بالایی برخوردار است و در صورت استفاده، بازده فرایند رطوبت زدایی از گاز افزایش و میز
دانشگاه علم و صنعت ایران: امکان رطوبت زدایی از گاز طبیعی به کمک نانوغشای سرامیکی
غشاها به دو دسته‌ی معدنی و غیرمعدنی تقسیم می‌شوند. یکی از انواع غشاهای معدنی، غشای زئولیتی است. با تنظیم اندازه‌ی حفرات زئولیت بین دو اندازه‌ی مولکول، می‌توان مولکول‌ها را با میزان ضریب جداسازی بسیار بالا از یکدیگر جدا نمود. هدف اصلی این تحقیق، سنتز غشای زئولیتی با اندازه حفرات بین مولکول‌های آب و متان، به منظور رطوبت زدایی از گاز طبیعی بوده است.
به گفته‌ی دکتر سعید شیرازیان، مجری طرح، فرآیندهای متداول رطوبت زدایی از گاز متان، عمدتاً شامل جذب و یا جذب سطحی است. این روش‌ها دارای معایب متعددی از جمله مصرف بالای انرژی و اثرات مخرب زیست محیطی هستند. این در حالی است که می‌توان غشاهای زئولیتی را به دلیل مقاومت شیمیایی و حرارتی بالا و همچنین خاصیت غربال مولکولی به عنوان جایگزین فرآیندهای مرسوم رطوبت زدایی انتخاب کرد.
وی در ادامه افزود: «استفاده از غشاهای زئولیتی در صنعت پالایش نفت و گاز، منجر به افزایش بازده جداسازی، کاهش میزان هدر رفت گاز طبیعی، کاهش مصرف انرژی و کاهش اثرات مخرب زیست محیطی فرآیندهای رایج پالایش گاز می‌گردد.»
به طور کلی، علاوه بر رطوبت زدایی از گاز طبیعی، فرآیندهای جداسازی غشایی کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف مانند نفت، گاز، پتروشیمی، تصفیه‌ی آب، داروسازی، صنایع غذایی و … دارند.
به گفته‌ی شیرازیان، دلیل انتخاب غشاهای زئولیتی از خانواده LTA، ویژگی آب دوستی، سادگی سنتز و امکان تغییر در ساختار آن بوده است. نانوغشاها بصورت مرکب و بر روی پایه‌ی سرامیکی متخلخل از جنس آلفا آلومینا و به روش رشد ثانویه سنتز شدند. پس از سنتز، با استفاده از محلول کلرید پتاسیم و عملیات تعویض یون در ساختار غشاها، اندازه حفرات این نانوغشاها تنظیم گردید. ساختار نانوغشاهای سنتز شده به کمک دستگاه‌های SEM، XRD و EDX مورد ارزیابی قرار گرفته است. در نهایت نیز با عبور بخار آب مخلوط با گاز متان، به عنوان مدلی از گاز طبیعی، عملکرد این غشا بررسی شده است.
لازم به توضیح است که غشاهای زئولیتی دارای اندازه‌ی حفراتی بین ۳ الی ۱۰ آنگستروم هستند. در این طرح با تعویض یونی و تغییر کاتیون در ساختار زئولیت، حفرات زئولیت LTA به اندازه ۳ آنگستروم تقلیل یافته است. آزمون‌های تراوش بخار آب و متان مؤید تنظیم موفقیت آمیز حفرات غشا بوده است.
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Journal of Industrial and Engineering Chemistry (جلد ۲۲، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۳۲ تا ۱۳۷) منتشر شده و حاصل همکاری دکتر سعید شیرازیان- دانش آموخته‌ی مهندسی شیمی از دانشگاه علم و صنعت ایران– و دکتر سید نظام الدین اشرفی زاده- عضو هیأت علمی این دانشگاه- است.
به گفته‌ی دکتر سعید شیرازیان، مجری طرح، فرآیندهای متداول رطوبت زدایی از گاز متان، عمدتاً شامل جذب و یا جذب سطحی است. این روش‌ها دارای معایب متعددی از جمله مصرف بالای انرژی و اثرات مخرب زیست محیطی هستند. این در حالی است که می‌توان غشاهای زئولیتی را به دلیل مقاومت شیمیایی و حرارتی بالا و همچنین خاصیت غربال مولکولی به عنوان جایگزین فرآیندهای مرسوم رطوبت زدایی انتخاب کرد.
وی در ادامه افزود: «استفاده از غشاهای زئولیتی در صنعت پالایش نفت و گاز، منجر به افزایش بازده جداسازی، کاهش میزان هدر رفت گاز طبیعی، کاهش مصرف انرژی و کاهش اثرات مخرب زیست محیطی فرآیندهای رایج پالایش گاز می‌گردد.»
به طور کلی، علاوه بر رطوبت زدایی از گاز طبیعی، فرآیندهای جداسازی غشایی کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف مانند نفت، گاز، پتروشیمی، تصفیه‌ی آب، داروسازی، صنایع غذایی و … دارند.
به گفته‌ی شیرازیان، دلیل انتخاب غشاهای زئولیتی از خانواده LTA، ویژگی آب دوستی، سادگی سنتز و امکان تغییر در ساختار آن بوده است. نانوغشاها بصورت مرکب و بر روی پایه‌ی سرامیکی متخلخل از جنس آلفا آلومینا و به روش رشد ثانویه سنتز شدند. پس از سنتز، با استفاده از محلول کلرید پتاسیم و عملیات تعویض یون در ساختار غشاها، اندازه حفرات این نانوغشاها تنظیم گردید. ساختار نانوغشاهای سنتز شده به کمک دستگاه‌های SEM، XRD و EDX مورد ارزیابی قرار گرفته است. در نهایت نیز با عبور بخار آب مخلوط با گاز متان، به عنوان مدلی از گاز طبیعی، عملکرد این غشا بررسی شده است.
لازم به توضیح است که غشاهای زئولیتی دارای اندازه‌ی حفراتی بین ۳ الی ۱۰ آنگستروم هستند. در این طرح با تعویض یونی و تغییر کاتیون در ساختار زئولیت، حفرات زئولیت LTA به اندازه ۳ آنگستروم تقلیل یافته است. آزمون‌های تراوش بخار آب و متان مؤید تنظیم موفقیت آمیز حفرات غشا بوده است.
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Journal of Industrial and Engineering Chemistry (جلد ۲۲، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۳۲ تا ۱۳۷) منتشر شده و حاصل همکاری دکتر سعید شیرازیان- دانش آموخته‌ی مهندسی شیمی از دانشگاه علم و صنعت ایران– و دکتر سید نظام الدین اشرفی زاده- عضو هیأت علمی این دانشگاه- است.
