به گزارش روز دوشنبه گروه دانشگاه ايرنا از دانشگاه صنعتي اميركبير، به گفته مجري طرح پژوهشي غشاهاي بهينه شده براي جداسازي گاز، راهكارهايي ارائه شده كه مي‌توان غشاهاي مورد نياز صنايع پتروشيمي و پالايشگاهي را با كمترين هزينه توليد كرد.
كريم گلزار توضيح داد: در فرآيندهاي متفاوت در مهندسي شيمي، مخلوط‌هاي گازي متفاوتي وجود دارد كه بنا به دلايل مختلف، مهندسان مجبور به جداسازي يك يا چند نوع گاز از اين مخلوط گازي هستند.
وي با اشاره به روشي كه عملكرد بسيار مناسبي داشته و به‌خوبي فرآيند جداسازي گازي را انجام مي‌دهد، ادامه داد: فرآيند جداسازي با استفاده از غشا است. براي جداسازي گازهاي متفاوت در شرايط و پارامترهاي تاثيرگذار مختلف، غشاها با عملكرد متفاوت نيز طراحي و ساخته شده‌اند.
مجري اين طرح افزود: امروزه با توجه به مطالعات انجام شده، محققان و مهندسان دريافته‌اند كه فرآورشِ غشاهاي پليمري در مقايسه با ساير مواد نظير مواد سراميكي، فلزي و ... بسيار ساده است.
وي اظهار كرد: مهندسان طراحي غشا، به منظور ارتقا سطح كيفيت مكانيكي و توانايي جداسازي غشاهاي پليمري از مواد غربالگر مولكولي كه از قدرت مكانيكي بالايي برخوردار بوده، در طراحي‌هاي خود استفاده مي كنند.
گلزار با اشاره به اينكه طراحي، ساخت و آزمايش غشاهاي نانوكامپوزيت پليمري هم به لحاظ اقتصادي و هم به لحاظ صرفِ وقت، مقرون به صرفه نيستند، گفت: استفاده از فرآيندهاي شبيه سازي و مدل سازي براي پيش بيني خواص فيزيكي و انتقالي اين غشاها بسيار ضروري است.
مجري طرح با اشاره به استفاده فراوان از غشاها در فرآيندهاي جداسازي بر ضرورت توليد غشاهايي با كيفيت بهتر و عملكرد بالاتر تاكيد كرد و افزود: در برخي موارد، غشاهاي مورد استفاده براي فرآيند خاصي در صنعت، انتخاب مناسبي نيستند. از اين رو با اجراي پروژه تحقيقاتي با هدف بررسي غشاهاي نانوكامپوزيت پليمري، غشاي نانوكامپوزيت پليمري بهينه به صنعت پيشنهاد داده شد.
اين محقق عنوان اين پروژه را 'شبيه‌سازي و مدل‌سازي فرآيند جداسازي مخلوط گازي با استفاده از غشاهاي نانوكامپوزيت پليمري' ذكر كرد و يادآور شد: در اين مطالعه ابتدا مطالعات جامعي در خصوص انواع غشاهاي خالص و نانوكامپوزيت پليمري انجام شد و عملكرد غشاهاي مختلف مورد ارزيابي قرار گرفت و غشاهايي كه بهترين كيفيت و بالاترين كارايي را داشتند، انتخاب شدند.
وي يادآور شد: پس از آن كه با استفاده از نرم‌افزارهاي شبيه سازي ديناميك مولكولي (Materials Studio) فرآيند شبيه سازي به دقت و مرحله به مرحله انجام شد، در نهايت خواص فيزيكي چون دانسيته، دماي انتقال شيشه‌اي، كسر حجم آزاد و طرح تفرق اشعه ايكس و همچنين خواص انتقالي مانند نفوذ پذيري، حلاليت، عبورپذيري و انتخاب پذيري اين غشاها محاسبه شدند.
اين دانش آموخته دانشگاه صنعتي اميركبير ادامه داد: نتايج اين تحقيقات نشان داد كه ما در كسب فناوري شبيه سازي و بومي‌سازي كردن آن موفق بوديم؛ ضمن آنكه فرآيند محاسبه خواص كاربردي مورد نياز به درستي انجام شده است.
گلزار اضافه كرد: علاوه بر آن با به كارگيري نرم‌افزار شبيه‌سازي، به منظور اصلاح نقاط ضعف غشاهاي نانوكامپوزيت پليمري موجود، غشاهايي طراحي شد كه داراي خواص فيزيكي و انتقالي فوق‌العاده است. اين مطالعه، با يافتن راه‌هاي جديد اصلاح خواص غشاهاي نانوكامپوزيت پليمري، در جهت بهبود ويژگي‌هاي آنها و همچنين اقتصادي كردن توليد اين غشاها، گام برداشته و مرزهاي دانش اين شاخه از مهندسي شيمي را ارتقا بخشيده است.
اين محقق ارائه مدل‌هاي رياضي براي تعيين و پيش بيني، خواص كاربردي غشاهاي نانوكامپوزيت پليمري با استفاده از تكنيك مدل‌سازي شبكه عصبي را از ديگر مراحل اجراي اين طرح عنوان كرد و گفت: اين مدل‌هاي رياضي بر اساس خواص ذاتي مواد پليمري، نانوذرات موجود در غشاهاي نانوكامپوزيت پليمري و همچنين شرايط دمايي و فشاري طراحي شده‌اند.
وي افزود: بنابراين، اين مدل‌ها در مدت زمان بسيار كم و با دقت بالا قادر خواهند بود خواص مورد نياز را در صنايع پتروشيمي، پالايشگاهي و شركت‌هاي صنعتي وابسته به محيط زيست تامين كنند.
مجري طرح تاكيد كرد: در اين پژوهش خواص فيزيكي و انتقالي غشاهاي خالص و نانوكامپوزيت پليمري، غشاها در حضور پركننده‌هاي متفاوت، غشاها در حضور ماتريس‌هاي پليمري متفاوت، غشاها با ساختار هموژن، غشاها با ساختار غيرهموژن، تاثير درصد حضور مواد پركننده بر خواص غشاها و تاثير پارامترهايي نظير دماي انتقال شيشه اي و كسر حجم آزاد و طرح تفرق ايكس بر روي خواص انتقالي مانند نفوذپذيري و عبورپذيري مورد ارزيابي قرار گرفت.
وي ادامه داد: مكانيزم جذب و نفوذ مولكول‌هاي گاز در غشاها از ديد مولكولي نيز مورد ارزيابي قرار گرفت.
** استفاده در صنعت
گلزار اضافه كرد: نتايج اين مطالعه در صنايع پتروشيمي، پالايشگاهي و كاربردهاي غشا در فرآيندهاي زيستي و همچنين به لحاظ شناسايي مواد، در دانش‌افزايي مهندسي پليمر، نانوتكنولوژي و بسط و گسترش دانش رياضي و نرم‌افزاري قابل استفاده است.
اين محقق انتشار 4 مقاله ISI در مجلات مهندسي شيمي همانند Journal of Membrane Science را از ديگر دستاوردهاي اين تحقيقات عنوان كرد.
وي گفت: در اين مطالعه بنا به محدوديت‌هاي مالي و آزمايشگاهي، قادر به انجام فرآيندهاي ساخت و اندازه گيري تجربي خواص غشاهاي نانوكامپوزيت پليمري نبوديم، اما با رايزني‌هاي انجام شده و كسب موافقت از شركت‌هاي فعال در زمينه غشاهاي پليمري و دريافت منابع مالي، برنامه ريزي شده است كه در كنار فرآيندهاي شبيه سازي و مدل سازي، فرآيند ساخت تجربي اين غشاها و مهندسي آنها براي دريافت خواص مورد نياز در كاربردهاي صنعتي و زيستي خاص مورد استفاده قرار گيرد.
مجري طرح مطالعه انواع مختلف نانوذرات، بررسي كارايي غشاها در شرايط دمايي و فشاري مختلف، ارائه راهكارهاي اصلاحي براي بهبود خواص و كارايي غشاها و ارائه مدل‌هاي رياضي بر مبناي شبكه عصبي براي پيش‌بيني خواص فيزيكي و خواص انتقالي غشاهاي نانوكامپوزيت پليمري را از مزاياي رقابتي اين طرح عنوان كرد.
اين طرح از سوي كريم گلزار دانش‌آموخته و با راهنمايي و هدايت حميد مدرس و سپيده امجد ايرانق از اعضاي هيات علمي دانشگاه صنعتي اميركبير اجرايي شد.
9465**1584
تهران-ايرنا- پژوهشگران دانشگاه صنعتي اميركبير با مطالعه چهار نوع غشا مورد استفاده در فرآيندهاي جداسازي گاز، موفق به معرفي مناسب ترين غشاها شدند.
