سنتز، مشخصه‌یابی و بررسی عملکرد غشای زئولیتی Mordenite Framework Inverted (MFI) مزومتخلخل شده با کربن سیاه در عبوردهی آب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی سهند تبریز، دانشکده مهندسی شیمی، مرکز تحقیقات مواد نانوساختار

2 دانشکده مهندسی شیمی، مرکز تحقیقات کربن سبز، دانشگاه صنعتى سهند تبریز

3 دانشگاه صنعتی سهند

10.22034/ijche.2023.378644.1269

چکیده

هدف از این تحقیق، ایجاد ساختار مزومتخلخل در لایه غشایی زئولیت MFI و افزایش قطر حفرات در آن جهت افزایش میزان عبوردهی آب است. ایجاد ساختار مزومتخلخل با اضافه کردن کربن سیاه به محلول سنتز لایه غشایی در روش هیدروترمال درجا انجام شد. آنالیزهای X Ray Diffraction (XRD)، Scanning Electron Microscopy (SEM)، Berner-Emmett-Taylor (BET) و آزمون عبوردهی گاز نیتروژن برای مشخصه یابی و آزمون عبوردهی آب برای بررسی عملکرد استفاده گردید. نتایج نشان دهنده سنتز موفقیت آمیز لایه غشای زئولیتی MFI با بلورینگی مناسب بر روی پایه آلفا-آلومینا با ضخامت حدود µm 15 و اندازه حفرات بین nm 20- 5/4 است که بیشترین مقدار حفرات مزو قطر nm 4/7 دارند. قطر حفرات در مقایسه با سنتز بدون حضور کربن سیاه 10 برابر افزایش یافته است. نتایج آزمون عبوردهی آب نشان داد که افزایش اندازه حفرات غشا با استفاده از کربن سیاه توانسته میزان عبوردهی آب در غشا (L/m2.h 26) را تا 75-14 برابر نسبت به غشاهای میکرومتخلخل (L/m2.h 74/1-35/0) افزایش دهد. بررسی عبوردهی غشا برای آب حاوی مواد جامد محلول بعد از گذشت 2 ساعت نشان داد که میزان عبوردهی آب برای غشای مزومتخلخل (L/m2.h 12) همچنان نسبت به غشاهای میکرومتخلخل بالاتر می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Synthesis, characterization and performance evaluation of mesoporous Mordenite Framework Inverted (MFI) zeolite membrane by carbon black in water permeability

نویسندگان [English]

  • Sina Abdolkarimpour 1
  • Reza Khoshbouy 2
  • Mohammad Javad Vaezi 3
1 Nanostructure Materials Research Center, Sahand University of Technology
2 Faculty of Chemical Engineering, Green Carbon Research Center, Sahand University of Technology
3 Faculty of Chemical Engineering, Nanostructure Materials Research Center, Sahand University of Technology
چکیده [English]

The aim of this research is creating a mesoporous structure in the MFI zeolite membrane layer and increase the pores diameter in order to increase the water permeability. The mesoporous structure was created by adding carbon black to the synthesis solution of the membrane in the in-situ hydrothermal method. The X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Berner-Emmett-Taylor (BET) and nitrogen gas permeability tests were used to characterize and the water permeation test was used to investigate the performance. The results showed the successful synthesis of the MFI zeolite membrane layer with proper crystallinity on the α-alumina support with the thickness of about 15 µm and the pore size between 4.5-20 nm, so that the largest amount of meso-pores had a diameter of 7.4 nm. The diameter of the pores has increased by 10 times compared to the synthesis without the presence of carbon black. The results of the water permeation test showed that increasing the the pores diameter using carbon black could increase the water flux of the membrane (26 L/m2.h) up to 14-75 times compared to microporous membranes (0.35-1.74 L/m2.h). Investigating the water flux of the membrane for water containing dissolved solids showed that the water flux of the mesoporous membrane (12 L/m2.h) is still higher than the microporous membranes after 2 h.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MFI zeolite membrane
  • Mesoprous Structure
  • Carbon black, pore diameter, Water permeation