ساخت و به‌کارگیری غشای سه‌جزئی CuBTC/graphene oxide/PSF جهت جداسازی گاز هیدروژن

نوع مقاله : ترویجی

نویسندگان

1 استاد تمام شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، پردیس علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، پردیس علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد نانو شیمی، دانشکده شیمی، پردیس علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشکده فنی، پردیس کاسپین، دانشگاه تهران، رضوانشهر، ایران

چکیده

چارچوب‌های آلی فلزی (MOF) با خواصی شگفت‌انگیز توجه زیادی را جهت کاربردهای مختلف به‌ویژه جذب و جداسازی گاز برانگیخته است. در این راستا، ساخت هیبریدهای MOF با مواد مبتنی بر کربن، استراتژی جدیدی برای ارتقای عملکرد MOF است. در این مطالعه کامپوزیت CuBTC (مس بنزن-1،3،5 تری کربوکسیلیک اسید)/ اکسید گرافن (GO) سنتز شد و با تکنیک‌های BET، FESEM، XRD و FT-IR آنالیز شد. سپس کامپوزیت CuBTC/GO در پلیمر پلی سولفون (PSF) جهت ساخت غشاهای ماتریس مخلوط (MMMs) ادغام شد. غشاهای به‌دست‌آمده با آزمون‌های FESEM، FT-IR و XRD بررسی شدند و نفوذپذیری گازی آن‌ها اندازه‌گیری شد. مشخص گردید که کامپوزیت CuBTC/GO به‌عنوان پرکننده عملکرد مطلوبی را از خود نشان می‌دهد. به‌عنوان‌مثال، بارگیری 15 درصد وزنی CuBTC/GO در PSF نشان‌دهنده انتخاب‌پذیری بالای 80/03 و 70/46 به ترتیب برای H2/CH4 وH2/N2  هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fabrication and Application of Three Component CuBTC/Graphene Oxide/PSF Membrane for Hydrogen Gas Separation

نویسندگان [English]

  • Ahmad Tavasoli 1
  • Alireza Azizi 2
  • Rafehe Akbarshahi 3
  • mahshid vagharmousavi 4
1 Professor of Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, Campus of Sciences, University of Tehran, Tehran, Iran.
2 Graduate of Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, Campus of Sciences, University of Tehran, Tehran, Iran.
3 Graduate of Nano Chemistry, Faculty of Chemistry, Campus of Sciences, University of Tehran, Tehran, Iran.
4 Graduates of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Caspian Campus, University of Tehran, Rezvanshahr, Iran.
چکیده [English]

Metal organic frameworks (MOFs) with excellent properties have showed good attention for different application especially gas adsorption and separation. In this regard, fabrication of MOF hybrids with carbon based materials is new strategy to upgrade MOF performance. In this study CuBTC (Copper benzene-1, 3, 5 tricarboxylic acid)/graphene oxide (GO) composite was synthesized and characterized by BET, FESEM, XRD and FT-IR techniques. Then CuBTC/GO composite were incorporated into polysulfone (PSF) polymer to prepare mixed matrix membranes (MMMs). The obtained membranes were characterized by FESEM, FT-IR and XRD tests and their gas permeability was measured. It was revealed that CuBTC/GO composite performs well as a filler. 15 wt% loading of CuBTC/GO in PSF presented 80.03 and 70.46 for H2/CH4 and H2/N2, selectivity respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mixed Matrix Membrane
  • Polysulfone
  • Gas separation
  • Hydrogen
  • CuBTC@GO Composite
[1] Campen, A., Mondal, K., Wiltowski, T., Separation of hydrogen from syngas using a regenerative system. International Journal of Hydrogen Energy, 33, 2008, pp.332 – 339.
[2] Lu, G.Q., Diniz da Costa, J.C., Duke, M., Giessler, S., Socolow, R., Williams, R.H., Kreutz, T., Inorganic membranes for hydrogen production and purification: A critical review and perspective. Journal of Colloid and Interface Science, 314, 2007, pp. 589–603.
[3] Sridhar, S., Khan, A.A., Simulation studies for the separation of propylene and propane by ethylcellulose membrane. Journal of Membrane Science, 159, 1999, pp. 209-219.
[4] Tiscornia, I., Irusta, S., Téllez , C., Coronas, J., Santamaria , J., Separation of propylene/propane mixtures by titanosilicate ETS-10 membranes prepared in one-step seeded hydrothermal synthesis. Journal of Membrane Science, 311, 2008, pp. 326–335.
[5] Burns, R.L., Koros, W.J., Defining the challenges for C3H6/C3H8 separation using polymeric membranes. Journal of Membrane Science, 211, 2003, pp. 299–309.
[6] Kluiters, S. C. A. Status reView on membrane systems for hydrogen separation; Energy Center of The Netherlands: Petten, The Netherlands, 2004.
[7] Ogden, J. M. Prospects for building a hydrogen energy infrastructure; Center for Energy and Environmental Studies, Princeton University: Princeton, NJ, 1999.
[8] Feijani EA, Tavasoli A, Mahdavi H. Improving gas separation performance of poly (vinylidene fluoride) based mixed matrix membranes containing Metal_Organic frameworks by chemical modification. Ind Eng Chem Res 2015; 54:12124e34.
[9] V. Jabbari, J. M. Veleta, and D. Villagrán, “Green Synthesis of Magnetic MOF@GO and MOF@CNT Hybrid Nanocomposites with High Adsorption Capacity towards Organic Pollutants”,Chem. Eng. J., 2016.
[10] D. C. Marcano, D. V Kosynkin, J. M. Berlin, A. Sinitskii, Z. Sun, A. Slesarev, L. B. Alemany, W. Lu, and J. M. Tour, “Improved Synthesis of Graphene Oxide” ,vol. 4, no. 8.
[11] Feijani AE, Mahdavi H, Tavassoli A. Synthesis and gas permselectivity of CuBTCeGOePVDF mixed matrix membranes. New J Chem 2018;42:12013.
[12] C. Petit, B. Mendoza, and T. J. Bandosz, “Hydrogen Sulfide Adsorption on MOFs and MOF / Graphite Oxide Composites”, vol. 10031, 2010, pp. 3678–3684
[13] C. Petit and T. J. Bandosz, “Synthesis , Characterization , and Ammonia Adsorption Properties of Mesoporous Metal – Organic Framework ( MIL ( Fe ))– Graphite Oxide Composites : Exploring the Limits of Materials Fabrication”, 2011, pp. 2108–2117.
[14] C. Petit, B. Levasseur, B. Mendoza, and T. J. Bandosz, “Microporous and Mesoporous Materials Reactive adsorption of acidic gases on MOF / graphite oxide composites”, Microporous Mesoporous Mater., vol. 154, 2012, pp. 107–112.
[15] G. Editor, R. E. Morris, F. M. Hinterholzinger, S. Wuttke, P. Roy, T. Preuße, A. Schaate, P. Behrens, A. Godt, T. Bein, V. J. Richards, S. P. Argent, A. Kewley, A. J. Blake, W. Lewis, N. R. Champness, W. L. Queen, E. D. Bloch, C. M. Brown, M. R. Hudson, J. A. Mason, J. Murray, A. J. Ramirez-cuesta, V. K. Peterson, and J. R. Long, “Coordination chemistry in the solid state frameworks Exploring the coordination chemistry of MOF –graphite oxide composites and”, vol. 41, no. 14.
[16] D. Cai and M. Song, “Preparation of fully exfoliated graphite oxide nanoplatelets in organic solvents”, 2007, pp. 3678–3680.
[17] B. C. Petit and T. J. Bandosz, “COMMUNICATION MOF – Graphite Oxide Composites : Combining the Uniqueness of Graphene Layers and Metal – Organic Frameworks”, 2009, pp. 4753–4757.
[18] M. Saxena, S. Sharma, and A. Bhattacharya, “Recycling of Polysulfone : Study Properties of Membranes”, 2015, pp. 39–46.
[19] E. V. Perez, K. J. Balkus, J. P. Ferraris, and I. H. Musselman, “Mixed-matrix membranes containing MOF-5 for gas separations”, J. Memb. Sci., vol. 328, no. 1–2, 2009, pp. 165–173, Feb.