دانلود ترجمه مقاله رویکردی برای ترکیب نانوذرات سیلیکات هیدروفوبیک در غشاهای فیبر توخالی پلی اتریمید – الزویر 2014

رویکردی جدید برای ترکیب نانوذرات سیلیکات هیدروفوبیک در غشاهای فیبر توخالی پلی اتریمید برای جذب دی اکسید کربن در یک کنتاکتور غشایی گاز مایع

Novel method for incorporating hydrophobic silica nanoparticles on polyetherimide hollow fiber membranes for CO2 absorption in a gas–liquid membrane contactor

چکیده

1-مقدمه

2- مراحل آزمایشی

2-1 مواد

2-2 تهیه غشای PEI

2-3 تشکیل غشای کامپوزیت

2-4 مشخصات غشا

2-5 آزمایشات کنتاکتور غشای گاز-مایع

3- نتایج و بحث

3-1 مفهوم تهیه سوبسترای PEI متخلخل با استفاده از تارساز سه دهانه

3-2 مشخصات سوبستراهای فیبر توخالی PEI

3-3 آنالیز ساختار شیمیایی غشا

3-4 مشاهده مورفولوژی غشا و تحلیل سختی سطح

3-5 هیدروفوبیسیته سطح غشاهای کامپوزیت

3-7 عملکرد کنتاکتور غشای گاز-مایع برای جذب CO2

4-نتیجه گیری ها

چکیده

در یک کنتاکتور غشایی گاز-مایع، یک اندازه منفذ بزرگتر منجر به یک مقاومت انتقال جرمی غشایی پایین تری می شود. اما اندازه منفذ غشایی معمولا محدود به مسئله مرطوب سازی منفذ است برای مثال یک اندازه منفذ بزرگ به معنای تمایل مرطوب سازی بالاتر است. به عنوان یک بررسی، این مقاله گزارش یک غشایی فیبر توخالی متخلخل پلی اتریمید یا PEI با تخلخل سطح بالا و اندازه منفذ بزرگ برای به حداقل رسانی مقاومت انتقال جرم غشایی با استفاده از یک تارساز سه دهانه در یک پروسه ریسیدن فیبر توخالی گزارش داده است و با رهیافت تازه ای از ترکیب نانوذرات NPs سیلیکات فلوردار (fSiO2)برای ایجاد مقاومت هیدروفوبیک و شیمیایی بالای سطح غشایی جهت پیشگیری از مرطوب سازی غشا که با اندازه منفذ بزرگ روی سطح غشایی ایجاد شده است، دنبال می شود. کمپوزیت تازه ایجاد شده غشاهای فیبر توخالی مقدار زاویه تماسی پیشرفته 123.3 درجه، مقدار زاویه تماسی کم شده 107.2 درجه ای، و پسماند زاویه تماسی تنها 15.9 درجه ای را نشان داده اند که نشاندهنده خاصیت مقاومت به آب بالا است. غشای کامپوزیت نیز یک خاصیت استحکامی بالاتری را در مقایسه با سوبسترای اصلی PEI را نشان داد. جریان جذب CO2 غشاهای کامپوزیت هم در جذب فیزیکی و هم در جذب شیمیایی در یک سیستم کنتاکتور غشای گاز-مایع مورد تحقیق قرار گرفت. کنتاکتور غشایی یک عملکرد ثابتی را در کل عملکرد طولانی مدت 60 روزه با استفاده از محلول آبی سدیم تائورینات 2 مول به عنوان جاذب مایع نشان داد. کامپوزیت به شدت هیدروفوبیک غشای فیبر توخالی قادر به عملکرد بهتر از یک غشای معمولی هیدروفوبیک پلیمری از لحاظ جریان جذب گازی برتر و قابلیت ثبات طولانی مدت بود که حاکی از آنست که تشکیل غشاهای کامپوزیت الی-غیرآلی یک راه موثر برای تقویت عملی بودن پروسه های کنتاکتور برای کاربردهای عملی است. نتایج نقش مهم تکنیک های ساخت و اصلاح غشا را در تسهیل تجاری سازی تکنولوژی کنتاکتور غشا نشان داد.

4-نتیجه گیری ها
با هدف حداقل سازی مقاومت انتقال جرم غشایی، این مطالعه از ساختار منحصر به فرد تارساز سه دهانه برای ساخت غشاهای فیبر توخالی PEI با یک ساختار سطح به شدت متخلخل و بهم متصل استفاده کرد، که برای ترکیب fSiO2 NPsروی سطح غشا مطلوب است. نتیجه گیری های ذیل را می توان از این مطالعه استنباط کرد:
1) روش اکسترود همزمان محلول حلال-جاذب با استفاده از یک تارساز سه دهانه یک روش موثر برای افزایش تخلخل سطح ، اندازه منفذ، و بهم متصلی منفذ غشا است.
2) خاصیت مکانیکی غشا بهبود یافت که به خاطر ساختار سطح سلولی بسیار متخلخل و درجه بالای بهم متصلی منفذ بود که برای فروبردن NPs ها مطلوب است.
3) ترکیب fSiO2 NP روی غشای فیبر توخالی PEI منجر به یک بهبود معنی دار در هیدروفوبیسیته سطحی می شود بنا به شواهد مقدار زاویه تماس پیشرفته 123.2º ، مقدار زاویه تماس کاهش یافته 107.2º
4) PEI B-fSiO2 یک تقویت جریان معنی دار و عملکرد طولانی مدت ثابت تر را در مقایسه با غشای PEI A-fSiO2
5) غشای فیبر توخالی کامپوزیت به شدت هیدروفوبیک توانایی عملکرد بهتر از غشای پلیمری معمولی را از لحاظ جریان جذب گاز برتر و قابلیت ثبات طولانی مدت برجسته دارد که حاکی از آنست که تشکیل غشاهای کامپوزیت آلی-غیرآلی یک راه موثر تقویت عملی شدن پروسه های کنتاکتور غشا برای کاربردهای عملی است.

Abstract

In a gas–liquid membrane contactor, a larger pore size can result in a lower membrane mass transfer resistance. However, the membrane pore size is usually limited by the concern of pore wetting, e.g. a large pore size means a higher wetting tendency. As a breakthrough, this paper reported a porous polyetherimide (PEI) hollow fiber membrane with high surface porosity and large pore size to minimize the membrane mass transfer resistance by using a triple-orifice spinneret in the hollow fiber spinning process, and followed by a novel approach of fluorinated silica (fSiO2) nanoparticles (NPs) incorporation to make the membrane surface highly hydrophobic and chemical resistant to prevent the membrane from wetting caused by the large pore size on the membrane surface. The newly developed composite hollow fiber membranes showed the advancing contact angle value of 123.3°, receding contact angle value of 107.2°, and contact angle hysteresis of only 15.9°, indicating the high water resistant property. The composite membrane also exhibited a higher rigidity property compared with the original PEI substrate. The CO2 absorption flux of the composite membranes was investigated in both physical and chemical absorptions in a gas–liquid membrane contactor system. The membrane contactor showed a stable performance throughout the 60 d long-term operation using a 2 M sodium taurinate aqueous solution as the liquid absorbent.

The highly hydrophobic composite hollow fiber membrane was able to outperform a conventional polymeric hydrophobic membrane in term of superior gas absorption flux and outstanding long-term stability, suggesting that the formation of organic–inorganic composite membranes is an effective way to enhance the feasibility of membrane contactor processes for practical applications. The results demonstrated the important role of membrane fabrication and modification techniques in facilitating the commercialization of membrane contactor technology.

4- Conclusions

Aiming to minimize the membrane mass transfer resistance, this study utilized the unique structure of triple-orifice spinneret to fabricate PEI hollow fiber membranes with a highly porous and interconnected surface structure, which is desirable for incorporating fSiO2 NPs on the membrane surface. The following conclusions can be drawn from this study:

(1) The solvent-dope solution co-extrusion method using a tripleorifice spinneret for hollow fiber spinning is an effective way to increase the surface porosity, pore size and pore interconnectivity of the membrane.

(2) The membrane mechanical property was improved because of the highly porous cellular surface structure and high degree of pore interconnectivity, which is also favorable for NPs embedment.

(3) The incorporation of fSiO2 NPs on the PEI hollow fiber membrane led to a significant improvement in surface hydrophobicity, as evidenced by the advancing contact angle value of 123.21, receding contact angle value of 107.21.

(4) The PEI B-fSiO2 showed a significant flux enhancement and more stable long-term performance compared with the PEI A-fSiO2 membrane.

(5) The highly hydrophobic composite hollow fiber membrane was able to outperform conventional polymeric membrane in term of superior gas absorption flux and outstanding longterm stability, suggesting that the formation of organic– inorganic composite membranes is an effective way to enhance the feasibility of membrane contactor processes for practical applications.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

رویکردی جدید برای ترکیب نانوذرات سیلیکات هیدروفوبیک در غشاهای فیبر توخالی پلی اتریمید برای جذب دی اکسید کربن در یک کنتاکتور غشایی گاز مایع

Novel method for incorporating hydrophobic silica nanoparticles on polyetherimide hollow fiber membranes for CO2 absorption in a gas–liquid membrane contactor