محققان دانشگاه اراک با همکاری شرکت پالایش نفت امام خمینی (ره) شازند، موفق به ساخت آزمایشگاهی غشاهای نانوکامپوزیتی جدید شده‌اند که توانایی خوبی در جداسازی مخلوط گازها دارند و می‌توانند فرایند شیرین سازی گاز را نسبت به دیگر روش‌های رایج در صنعت، با صرف زمان و انرژی کمتری انجام دهند. استفاده از غشاهای تهیه شده در این طرح جهت جداسازی گاز، موجب افزایش بازدهی و کاهش هزینه‌های فرآیند جداسازی گاز خواهد شد، لذا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند.
کاهش هزینه‌ی شیرین سازی گاز طبیعی به کمک غشاهای نانوکامپوزیتی
یکی از مهم‌ترین مشکلات صنایع نفت و گاز، تصفیه و حذف ناخالصی‌های موجود در گاز طبیعی به منظور کاهش خوردگی خطوط لوله و صرفه جویی در هزینه‌های حمل و نقل و نگهداری، بهبود عملکرد و افزایش ارزش حرارتی گاز و همچنین کاهش آلودگی و مشکلات زیست محیطی است.
گاز طبیعی به عنوان یکی از مهم‌ترین و پرمصرف‌ترین منابع انرژی در جهان، زمانی که از منابع استخراج می‌شود، حدود ۸۰ درصد آن از متان تشکیل شده است و در اکثر منابع ترکیبات و ناخالصی‌های دیگری همچون گازهای دی اکسید کربن، هیدروژن، نیتروژن، هیدروژن سولفید و دیگر ترکیبات گوگردی را به همراه دارد.
در این پژوهش، محققان توانسته‌اند غشاهای نانوکامپوزیتی را که توانایی خوبی در جداسازی مخلوط گازها دارند، سنتز کنند . غشاهای ساخته شده در این طرح، متشکل از یک پلی (ایمید- اتر) با خواص مطلوب به عنوان ماتریس پلیمری، نانوزئولیت‌ها و نانوذرات مغناطیسی است. طبق نتایج، این غشاها می‌توانند فرآیند جداسازی را نسبت به روش‌های متداول با استفاده از تجهیزات ساده در زمان کوتاه، با صرف انرژی و هزینه‌ی کمتر و با بازدهی مطلوبی انجام دهند. سهولت در ساخت غشاهای تهیه شده و هزینه‌ی پایین مواد اولیه و فرآیند ساخت از دیگر ویژگی‌های غشاهای نانوکامپوزیتی سنتز شده است.
گاز طبیعی به عنوان یکی از مهم‌ترین و پرمصرف‌ترین منابع انرژی در جهان، زمانی که از منابع استخراج می‌شود، حدود ۸۰ درصد آن از متان تشکیل شده است و در اکثر منابع ترکیبات و ناخالصی‌های دیگری همچون گازهای دی اکسید کربن، هیدروژن، نیتروژن، هیدروژن سولفید و دیگر ترکیبات گوگردی را به همراه دارد.
در این پژوهش، محققان توانسته‌اند غشاهای نانوکامپوزیتی را که توانایی خوبی در جداسازی مخلوط گازها دارند، سنتز کنند . غشاهای ساخته شده در این طرح، متشکل از یک پلی (ایمید- اتر) با خواص مطلوب به عنوان ماتریس پلیمری، نانوزئولیت‌ها و نانوذرات مغناطیسی است. طبق نتایج، این غشاها می‌توانند فرآیند جداسازی را نسبت به روش‌های متداول با استفاده از تجهیزات ساده در زمان کوتاه، با صرف انرژی و هزینه‌ی کمتر و با بازدهی مطلوبی انجام دهند. سهولت در ساخت غشاهای تهیه شده و هزینه‌ی پایین مواد اولیه و فرآیند ساخت از دیگر ویژگی‌های غشاهای نانوکامپوزیتی سنتز شده است.
به گفته‌ی زهرا مبارکی- کارشناس ارشد شیمی آلی از دانشگاه اراک و مجری طرح- در حال حاضر عمدتاً برای جداسازی آلاینده‌های گاز طبیعی از روش‌هایی نظیر روش سرد کردن (تقطیر)، استخراج، جذب و جذب سطحی با کاربرد حلال‌های آلی، استفاده می‌شود. این روش‌ها، مستلزم صرف انرژی و هزینه‌ی بسیار زیاد و برخورداری از تجهیزات خاصی است. از طرفی استفاده از حلال‌ها نیز موجب آلودگی محیط زیست می‌شود.
وی در ادامه افزود: «استفاده از روش ارائه شده در این طرح نه تنها چنین مشکلاتی را به همراه ندارد، بلکه می‌تواند هزینه‌ها را نیز به میزان قابل توجهی کاهش دهد. در واقع به طور کلی استفاده از غشاها به علت بازدهی و بهره برداری بالاتر، جداسازی سریع‌تر، سادگی عملیات و عدم استفاده از حلال‌ها و جاذب‌های گرانقیمت نسبت به روش‌های ذکر شده در بالا، اقتصادی‌تر هستند. این روش همچنین دوست دار محیط زیست است.»
این محقق عنوان کرد: «این کار تاکنون در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است. اما از آنجا که روش ساخت غشاها آسان و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است و همچنین توانسته‌ایم به جداسازی قابل قبولی دست یابیم، لذا می‌توان امیدوار بود که با بهینه کردن شرایط تولیدی و رفع مشکلات و محدودیت‌ها، امکان تجاری شدن تولید آن نیز وجود داشته باشد.»
به گفته‌ی مبارکی، بیشتر غشاهایی که در جداسازی گازها استفاده می‌شوند، از نوع غشاهای پلیمری هستند. در میان پلیمرها، پلی ایمیدها به دلیل گزینش‌پذیری بالا، خصوصیات مکانیکی مناسب و همچنین پایداری شیمیایی و حرارتی بالا بیشترین کاربرد را دارند. بهینه کردن عملکرد غشاها جهت بهبود فرآیند جداسازی گاز یکی از اولویت‌های تحقیقاتی در این حوزه از علم به شمار می‌رود. لذا به منظور ارتقا و بهبود خواص جداسازی گازی در غشاهای پلی‌ایمیدی، می‌توان از وارد کردن نانوذرات به ماتریس پلیمر و تهیه غشاهای نانوکامپوزیتی (شبکه آمیخته) استفاده کرد. به همین دلیل در این کار، بعد از سنتز پلی (ایمید- اتر) مورد نظر، نانوزئولیت‌های (ZSM-5) به روش هیدروترمال تهیه شدند.سپس از طریق واکنش هم‌رسوبی، مغناطیسی شده و به ماتریس پلیمری اضافه شدند.
وی در ادامه عنوان کرد: «افزایش مقاومت گرمایی و مکانیکی ماتریس پلیمری و همچنین افزایش گزینش پذیری و نفوذپذیری غشاهای نانوکامپوزیتی نسبت به غشای پلیمر خالص و در نتیجه دستیابی به جداسازی مطلوب با راندمان بهتر از مزایای استفاده از نانوذرات زئولیت (ZSM-5)مغناطیسی در این کار است.»
گفتنی است که در این پژوهش، عملکرد غشاهای سنتز شده، در جداسازی جفت گاز (CH4/ CO2) بررسی شده است.
این طرح در قالب پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد زهرا مبارکی و با همکاری دکتر خلیل فقیهی و دکتر حسن مقنیان انجام شده است. این پایان نامه که به سفارش شرکت پالایش نفت امام خمینی (ره) شازند صورت گرفته، تحت عنوان پایان نامه‌ی مورد نیاز صنعت به تأیید داوران ستاد ویژه‌ی توسعه‌‌ی فناوری نانو نیز رسیده است. آیین نامه‌ی حمایت از پایان نامه‌های مورد نیاز صنعت در سایت www.nano.ir/hrdc موجود است.
وی در ادامه افزود: «استفاده از روش ارائه شده در این طرح نه تنها چنین مشکلاتی را به همراه ندارد، بلکه می‌تواند هزینه‌ها را نیز به میزان قابل توجهی کاهش دهد. در واقع به طور کلی استفاده از غشاها به علت بازدهی و بهره برداری بالاتر، جداسازی سریع‌تر، سادگی عملیات و عدم استفاده از حلال‌ها و جاذب‌های گرانقیمت نسبت به روش‌های ذکر شده در بالا، اقتصادی‌تر هستند. این روش همچنین دوست دار محیط زیست است.»
این محقق عنوان کرد: «این کار تاکنون در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است. اما از آنجا که روش ساخت غشاها آسان و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است و همچنین توانسته‌ایم به جداسازی قابل قبولی دست یابیم، لذا می‌توان امیدوار بود که با بهینه کردن شرایط تولیدی و رفع مشکلات و محدودیت‌ها، امکان تجاری شدن تولید آن نیز وجود داشته باشد.»
به گفته‌ی مبارکی، بیشتر غشاهایی که در جداسازی گازها استفاده می‌شوند، از نوع غشاهای پلیمری هستند. در میان پلیمرها، پلی ایمیدها به دلیل گزینش‌پذیری بالا، خصوصیات مکانیکی مناسب و همچنین پایداری شیمیایی و حرارتی بالا بیشترین کاربرد را دارند. بهینه کردن عملکرد غشاها جهت بهبود فرآیند جداسازی گاز یکی از اولویت‌های تحقیقاتی در این حوزه از علم به شمار می‌رود. لذا به منظور ارتقا و بهبود خواص جداسازی گازی در غشاهای پلی‌ایمیدی، می‌توان از وارد کردن نانوذرات به ماتریس پلیمر و تهیه غشاهای نانوکامپوزیتی (شبکه آمیخته) استفاده کرد. به همین دلیل در این کار، بعد از سنتز پلی (ایمید- اتر) مورد نظر، نانوزئولیت‌های (ZSM-5) به روش هیدروترمال تهیه شدند.سپس از طریق واکنش هم‌رسوبی، مغناطیسی شده و به ماتریس پلیمری اضافه شدند.
وی در ادامه عنوان کرد: «افزایش مقاومت گرمایی و مکانیکی ماتریس پلیمری و همچنین افزایش گزینش پذیری و نفوذپذیری غشاهای نانوکامپوزیتی نسبت به غشای پلیمر خالص و در نتیجه دستیابی به جداسازی مطلوب با راندمان بهتر از مزایای استفاده از نانوذرات زئولیت (ZSM-5)مغناطیسی در این کار است.»
گفتنی است که در این پژوهش، عملکرد غشاهای سنتز شده، در جداسازی جفت گاز (CH4/ CO2) بررسی شده است.
این طرح در قالب پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد زهرا مبارکی و با همکاری دکتر خلیل فقیهی و دکتر حسن مقنیان انجام شده است. این پایان نامه که به سفارش شرکت پالایش نفت امام خمینی (ره) شازند صورت گرفته، تحت عنوان پایان نامه‌ی مورد نیاز صنعت به تأیید داوران ستاد ویژه‌ی توسعه‌‌ی فناوری نانو نیز رسیده است. آیین نامه‌ی حمایت از پایان نامه‌های مورد نیاز صنعت در سایت www.nano.ir/hrdc موجود است.
