Zeolit katkılı poliimid membranlar ile doğalgazın saflaştırılması
Purification of natural gas with zeolite filled polyimide based mixed matrix membranes
Yazar: ENVER ERPEK
Danışman: PROF. DR. BİRGÜL TANTEKİN ERSOLMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Gaz geçirgenliği = Gas permeability

Özet:
Bu tezde, 6FDA-ODA, 6FDA-mMPD ve 6FDA-DAM poliimidleri ile 4A ve SAPO-34 zeolitleri kullanılarak karışık matrisli katkılı membranlar hazırlanmıştır. CO2 gazının CH4'e göre düşük kinetik çapına, yüksek adsorpsiyon özelliğine sahip olmasından dolayı moleküler elek olarak kullanılan zeolitlerin, CO2/CH4 ayırmasında yüksek seçicilik değeri vermesi beklenmektedir. Zeolit-Polimer arayüzünde yapışmanın sağlanması için uyumlaştırıcı ilavesi (TAP) veya ilkleme yöntemi uygulanmıştır. Uyumlaştırıcı olarak katılan düşük molekül ağırlıklı katkı maddelerinin, polimer yapısında meydana getirdikleri hidrojen köprülerinden dolayı serbest hacmi dolayısıyla da gaz geçirgenlik değerlerini düşürdüğü bilinmektedir. Yüksek geçirgenliğe sahip 6FDA bazlı poliimidlerin içerisine zeolit ilavesi ile geçirgenlikteki bu düşüş, seçicilik artışına sebebiyet verebilir.Poliimidler dean-stark kapanı ve NMP çözücüsü kullanılarak tek reaktör sentez yöntemine göre sentezlenmiştir. İmidizasyon adımında oluşan H2O'nun azeotrop olarak ortamdan ayrılması için o-diklorbenzen kullanmılmıştır. Sentezlenen polimerler DSC, TGA, GPC, Yoğunluk Ölçüm Kolonu ve Gaz Geçirgenlik Ölçüm Düzeneği ile karakterize edilmiştir. Uyumlaştırıcı veya ilklenmiş zeolit ilavesi ile karışık matrisli katkılı membranlar hazırlanmıştır. Hazırlanan membranlar SEM ve saf gaz geçirgenliği ölçüm cihazı ile karakterize edilmiştir. Zeolitlerin, polimerlerin ve katkılı membranların yüzde kütle kazanımları 35ºC ve maksimum 10 bar basınca kadar Akıllı Gravimetrik Analiz (IGA) yöntemiyle ölçülmüştür.

Abstract:
In this study, mixed matrix composite (MMC) membranes are prepared using 6FDA-ODA, 6FDA-mMPD, and 6FDA-DAM polyimides as the polymeric matrices and zeolites 4A and SAPO-34 as the dispersed phases. Zeolites 4A and SAPO-34 are expected to show molecular sieving property for O2/N2 and CO2/CH4 separation applications and have high selectivity towards O2 and CO2 due to their pore size and adsorption properties, respectively. A compatibilizing additive (2,4,6-triaminopyrimidine (TAP)) is used in order to enhance the contact at the zeolite-polymer interphase by forming hydrogen bonding. Use of low molecular weight additives as compatibilizers has been reported to cause a significant reduction in the permebility of polymers. 6FDA based polymers can afford a reduction in permeability in return for an enhancement in selectivity due to the zeolite filler.Polyimides are synthesized by one-pot rule using a dean-stark trap and N-methyl pyrollidone (NMP) as the solvent. o-Dichlorobenzene is used to remove H2O as an azeotrop during the imidization step. The polymers are characterized by DSC, TGA, GPC, density, and single gas permeation measurements. The MMC membranes with different compatibilizer content are prepared by casting-evaporation method. Membranes are characterized by SEM and single gas permeation measurements. Mass uptake measurements for the zeolite, polymer, and MMC membrane are also carried out at several pressures up to 10 bar at 35oC by using Intelligent Gravimetric Analyser.