Bélafiné Bakó Katalin, Székely Katalin (szerk.): GÁZELEGYEK MEMBRÁNOS ELVÁLASZTÁSA
›
8. Hidrogén szeparációja membránokkal
›
8.3. H2/CO2 elválasztása CO2-szelektív polimer membránnal

8.3. H2/CO2 elválasztása CO2-szelektív polimer membránnal

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

További kísérleteinkben a poliimid membránhoz képest teljesen más viselkedésű membránmodulokat teszteltünk. Az egyik egy Permselect PDMS-XA 2500 szilikongumi anyagú, poli(dimetil-sziloxán) kapilláris membrán (2500 cm2 felületű), a másik pedig egy SAPO 34 nevű sziliko-aluminofoszfát csőmembrán (mikropórusos zeolit, 22 cm2 hasznos membránfelület) volt. Berendezésünkben H2/CO2 = 10/90% kezdeti összetételű gázeleggyel végeztünk folyamatos üzemmódú méréseket 0,1–0,8 bar transzmembránnyomás-tartományban 23 ºC hőmérsékleten; a gázösszetételeket gázkromatográfiás módszerrel határoztuk meg. A retentátumban és a permeátumban mérhető hidrogénkoncentrációkat mutatja a 8.6. ábra és 8.7. ábra a PDMS-, illetve a zeolitmembrán esetén (Ramirez-Morales, 2013). A permeátumoldalon légköri nyomást alkalmaztunk.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

8.6. ábra. A hidrogénkoncentráció a retentátumban (○) és a permeátumban (●) PDMS-membrán esetén
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

8.7. ábra. A hidrogénkoncentráció a retentátumban (○) és a permeátumban (●) zeolitmembrán esetén
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A PDMS-membrán esetében a hidrogénkoncentráció emelkedett a retentátumban, ahogy növeltük a nyomást, míg a permeátumban éppen ellenkezőleg. Vagyis ez CO2-szelektív membrán, a hidrogén a retentátumban dúsult, végső koncentrációja elérte a 14,7%-t 1,8 bar belépő nyomásnál.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A zeolitmembrán esetében a retentátumban csökkent a hidrogén koncentrációja a betáplálási oldali nyomás növelésével, s azt vártuk, hogy a permeátumban közben növekedni fog, de csalódnunk kellett. E fura viselkedés miatt a továbbiakban csak a PDMS-membránt tanulmányoztuk.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A betáplálási oldal nyomásának a CO2 és a H2 permeabilitására gyakorolt hatását a 8.8. ábra szemléleti.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

8.8. ábra. A betáplálási oldali nyomásnak a CO2 (○) és a H2 (●) permeabilitására gyakorolt hatása PDMS-membrán esetén
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

Az ábra alapján kijelenthető, hogy CO2 és a H2 permeabilitásának nyomásfüggése nem szignifikáns, csupán látszólagos, csekély mértékű lineáris csökkenés tapasztalható. Sadrzadeh és munkatársai hasonló viselkedést tapasztaltak (Sadrzadeh, 2009), és e viselkedést három faktor kölcsönhatásával magyarázták: plaszticizáció, hidrosztatikus nyomás és a penetrálódó komponens oldhatósága. Mivel viszonylag alacsony nyomáson mértünk, a plaszticizáció elhanyagolható. A kismértékű permeabilitáscsökkenés oka az lehet, hogy a polimer a növekvő nyomással kompaktabb szerkezetet vett fel, ami befolyásolhatta a molekulák diffuzivitását. Gázszeparációkor a transzpont az oldódásos-diffúziós mechanizmus szerint játszódik le. Bár esetünkben, a CO2–H2 elválasztásnál a hidrogén kinetikai átmérője kisebb, mint a szén-dioxidé, mégis a CO2 permeációja gyorsabb. Tehát itt főként az oldhatóságnak van szerepe. A PDMS-membrán szorpciós kapacitása CO2-ra nagyobb, mint hidrogénre (a CO2 a gumiszerű polimerekben igen jól oldódik), a CO2 könnyebben is kondenzálódik, ez okozhatja a CO2 magasabb permeabilitását.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A CO2-ra meghatározott átlagos permeabilitási koefficiens 3285 ± 160 barrer, míg H2-re 569 ± 65 barrer volt.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

További kísérleteinkben a szelektivitásokat és a retentátumelvételi arány (QR/QF) hatását vizsgáltuk. A CO2-szelektív PDMS-membrán esetében a mért értékek alapján a CO2/H2 szelektivitás maximuma 6,1 volt 1,2 bar betáplálás oldali nyomásnál.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A QR/QF érték valójában a gázszeparációs rendszer működésének egyik legfontosabb paramétere, ami az elválasztás teljesítményét jellemzi. Alacsony QR/QF értéknél tiszta permeátumot nyerünk, de ez csak kis része lesz a termékáramnak, míg magas QR/QF értéknél nagyobb permeátumáramot kapunk, de kevésbé tiszta állapotban.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A szelektivitásokat és a QR/QF értékeket tanulmányozva úgy találtuk, hogy a PDMS-membrán esetén 1,2 és 1,4 bar betáplálásoldali nyomásnál kaptuk a legjobb szelektivitásokat 1,6 körül. Ekkor a QR/QF érték 0,5 volt, míg 0,6 körüli QR/QF érték esetében alacsonyabb szelektivitást mértünk.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A PDMS-membrán esetén folytattuk a tesztelést különböző összetételű gázelegyekkel (35–65% H2-tartalom), és vizsgáltuk a retentátumelvételi arány és a szelektivitás alakulását (Bakonyi, 2016). Az eredményeket a 8.9. ábra és a 8.10. ábra mutatja.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

8.9. ábra. A CO2-tartalom hatása a CO2/H2 szelektivitásra
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

8.10. ábra. A retentátumelvételi arány (QR/QF) hatása a CO2/H2 szelektivitásra
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

Az ábrák alapján elmondható, hogy a betáplált áram magasabb CO2-tartalma és a nagyobb QR/QF érték pozitív hatást gyakorolt az elválasztásra, így magasabb CO2/H2 szelektivitást kaptunk.
chevron_left
chevron_right
Tartalomjegyzék navigate_next
Keresés a kiadványban navigate_next
A kereséshez, kérjük, lépj be!
Könyvjelzőim navigate_next
A könyvjelzők használatához
be kell jelentkezned.
Jegyzeteim navigate_next
Jegyzetek létrehozásához
be kell jelentkezned.
    Kiemeléseim navigate_next
    Mutasd a szövegben:
    Szűrés:
    Kiemelések létrehozásához
    MeRSZ+ előfizetés szükséges.
      Útmutató elindítása
      delete
      Kivonat
      fullscreenclose
      printsave