غشاهاي بستر آميخته به عنوان يكي از انواع غشاهاي در حال توسعه در فناوري جداسازي غشايي در نظر گرفته ميشوند كه در اين غشاها، ذرات متخلخل در بستر پليمري پراكنده شده و توسط خواص غربال مولكولي، منجر به بهبود عملكردشان، نسبت به حالت خالص آنها در جداسازي ناخالصي از گاز ميشود. از آنجايي كه، انتخاب مواد مناسب و طراحي ساختاري غشا، براي شيرين سازي گاز طبيعي، بسيار مهم است، در اين پژوهش، پليمر پلياتر بلوك آميد (PEBA) و نانو حفرات زئوليت فوژاسيت (Fau) اصلاح شده با APTES مورد استفاده قرار گرفت. ارزيابي ساختاري نانو حفرات Fau و نانو حفرات اصلاح شده (Fau-NH2) ، با استفاده از آزمونهاي FTIR، XRD، BET و FESEM و همچنين ارزيابي ساختاري غشاهاي ساخته شده، با استفاده از آزمونهاي FTIR، XRD، SEM و AFM مورد بررسي قرار گرفته و نتايج بدست آمده تجزيه و تحليل شدند. ارزيابي عملياتي غشاهاي ساخته شده، تحت شرايط ذيل صورت پذيرفت: اثر بارگذاريهاي مختلف پركننده Fau-NH2، بر تراوشپذيري و گزينشپذيري انتخابيگازهاي خالص CO2، CH4 و N2 در محدوده 5/0تا 5 درصد وزني، در فشار bar 12 و دماي °C 25، مورد بررسي قرار گرفت. اثر فشار بر تراوشپذيري و گزينشپذيري انتخابي گازهاي خالص CO2، CH4 و N2 در غشاي خالص (P8) و غشاي P8Fau-NH2(1) در محدودهي فشاري bar 12-4 و در دماي عملياتي °C 25 مورد بررسي قرار گرفت. اثر دما بر تراوشپذيري و گزينشپذيري انتخابي گازهاي خالص CO2، CH4 و N2 در غشاي P8 و غشاي P8Fau-NH2(1) در محدوهي دمايي°C 55-15 و در فشار عملياتي bar 4 مورد بررسي قرار گرفت. اثر مخلوط گازي دو جزئي CO2/CH4 با تركيب درصد حجمي 90/10 بر تراوشپذيري و گزينشپذيري غشاهاي P8 و P8Fau-NH2(1) در محدودهي فشاري bar 12-4، در دماي °C 25 مورد بررسي قرار گرفت. تمامي نتايج بدست آمده از ارزيابي عملياتي غشاها، در قالب نمودار گزارش شدهاند. غشاي P8Fau-NH2(1) تراوشپذيري CO2 و گزينشپذيري گازهاي CO2/N2 وCO2/CH4 را به ترتيب به ميزان 5/20، 1/44 و 7/19 درصد در مقايسه با غشاي P8 بهبود بخشيده و بهترين عملكرد را در ميان ديگر غشاها از خود نشان داد.

ساخت غشاي بستر آميخته پلي اتر بلوك آميد با پركن زئوليتي عاملدار شده با نفيون به روش ريخته گري محلول در زمينه شيمي و مهندسي شيمي مي باشد. غشاها يك روش ساده و داراي هزينه هاي عملياتي پايين در شيرين سازي گاز طبيعي(حذف گازهاي خورنده و اسيدي مانند دي اكسيد كربن) هستند. هم اكنون در بيشتر موارد از سيستم سنتي و پرهزينه آميني براي شيرين سازي گاز طبيعي استفاده مي شود. با به كار بردن تركيبي از غشاهاي پليمري (انتخاب پذيري بالا) و معدني (تراوايي بالايي)، مي توان تراوايي و گزينش پذيري بالايي براي دي اكسيدكربن به دست آورد. در اختراع حاضر، پليمرهاي PEBAX و محلول نفيون 115 (%0.5) و ذره معدني زئوليت X13 با نسبت هاي معين تركيب شده است. غشاي (PEBAX(%8)-modified Zeolit (%1 به دست آمده، ويژگي هاي هر دونوع غشا را داشته و در نتيجه كارايي بالايي دارد. مهمترين مزيتهاي غشاي ساخته شده عبارتند از: مواد اوليه ارزان و در دسترس، روش ساخت بسيار آسان، تراوايي و انتخاب پذيري بالا، استحكام مناسب و سازگاري با محيط زيست مي باشد.

به منظور بهبود عملكرد جداسازي گازي در فرآيندهاي غشايي هر چه ضخامت لايه چگال كمتر باشد، تراوايي افزايش خواهد يافت. براي جبران استحكام مكانيكي لايه نازك گزينش پذير در فشارهاي بالا و افزايش طول عمر آن، نيازمند به ساخت و شناسايي پايه هاي مناسب خواهيم بود، به نحوي كه سطح صافي را براي لايه گزينش پذير مهيا كرده و لايه فعال در زير لايه نفوذ ننمايد. در اين پژوهش، براي ساخت اين غشاهاي كامپوزيتي، با استفاده از نرم افزار Minitab17 و طراحي آزمايش Taguchi شاخه L27 بر روي بهينه كردن پايه توسط دستگاه لايه نشان چرخشي و به روش وارونگي فازي مرطوب كار شده است. تاثير شرايط عملياتي سنتز غشا PSf نظير غلظت، حلال، تركيب حمام انعقاد و دماي حمام انعقاد بر ريز ساختار غشا مورد بررسي قرار گرفت. سپس با استفاده از روش‌هاي شناسايي غشاهاي متخلخل بهترين زير لايه شناسايي شد. غشاهاي ساخته¬شده با به¬كارگيري آزمون¬هاي تست نقطه‌ي حباب، شناسايي ميزان تخلخل، شناسايي ميزان آبدوستي و آبگريزي غشا، SEM و AFM براي بررسي لايه اولترا مورد ارزيابي قرار گرفتند. با توجه به نتايج AFM و SEM براي دو نمونه غشا با بيشترين و كمترين تخلخل، مشاهده شد كه غشاهاي ساخته شده با پيشبيني نرم افزار مطابقت دارند. درنهايت غشايي با ميزان غلظت 20% وزني و تركيبي از حلال هاي DMF و NMP در حمام انعقاد با تركيب 95% آب و 5% DMF به عنوان بهترين زير لايه انتخاب شد.

تصفيه گاز طبيعي همواره مورد توجه پژوهشگران و صنعتگران اين علم بوده است. روشهاي مختلفي براي انجام اين عمل استفاده مي شود كه يكي از آن ها استفاده از غشاها مي باشد. غشاهاي مورد استفاده شامل دو نوع غشاهاي پليمري و غشاهاي معدني هستند كه مزاياي آن ها به ترتيب انتخاب پذيري بالا و تراوايي بالا مي باشد. هدف از اين اختراع ساخت غشاي بستر آميخته¬ با بارگذاري زئوليت كمتر از %2 وزني است كه بتوان به وسيله آن گاز دي اكسيدكربن را گاز طبيعي جدا كرد. غشاهاي پليمري انتخابگري خوبي دارند و غشاهاي معدني عبوردهي بالايي از خود نشان مي دهند. در اين اختراع خواص غشاهاي پليمري و نانو ذرات معدني به هم تركيب شده و دو خاصيت شار عبوري و ضريب جداسازي مقدار بالايي را به خود اختصاص مي دهند. بدين منظور، در اين اختراع از پليمر PEBA كه انتخابگري بسيار خوبي براي دي اكسيد كربن در مقابل متان و نيتروژن دارد به عنوان بستري براي حضور ذرات زئوليتي كه جذب بالايي براي دي اكسيد كربن داشته و شار عبوري را افزايش مي دهد، استفاده مي شود. در اين اختراع بر روي ميزان بارگذاري زير %2 وزني تمركز شده است. از جمله مزاياي اين غشا تراوايي و انتخاب پذيري بالا، امكان تصفيه گاز بر سر چاه، استحكام بالا،مصرف انرژي كمتر، سازگاري با محيط زيست و ... مي باشد.

جداسازي دي اكسيدكربن از متان در گاز طبيعي به منظور شيرين سازي گاز طبيعي انجام مي شود. در اين پژوهش، براي ساخت غشاهاي كامپوزيتي بسترآميخته ابتدا بر روي بهينه كردن لايه مياني پلي سولفون (PSf) توسط دستگاه لايه نشان چرخشي كار شد و سپس با استفاده از روش‌هاي شناسايي غشاهاي متخلخل، بهترين زير لايه شناسايي شد، در مرحله‌ي دوم پليمر PEBA و سپس نانوزئوليت NaX به روش ريخته گري محلول پليمري بر روي زير لايه نشانده شدند. غشاهاي ساخته شده با به كارگيري آزمون هاي تست نقطه‌ي حباب، شناسايي ميزان تخلخل، شناسايي ميزان آبدوستي و آبگريزي غشا براي لايه اولترا، SEM، AFM براي بررسي زير لايه و لايه چگال، XRD، FTIR و آزمايش هاي تراوايي گاز مختص لايه چگال و آناليز BET براي نانوزئوليت مورد ارزيابي قرار گرفتند. با توجه به آزمون SEM مشاهده شد، لايه‌ها به صورت يكدست، يكپارچه و بدون نفوذ بر روي يكديگر نشانده شده‌اند و پيوندي پذيرفتني ميان پركن و بستر پليمري با توزيع مناسب ذرات تا بارگذاري 1% وزني به وقوع پيوسته است. اثر پارامترهاي فشار بالادستي و ميزان بارگذاري نانوذرات بر روي عملكرد غشا با استفاده از آزمون هاي تراوايي گازهاي خالص N2، CO2 و CH4 مورد بررسي قرار گرفته است. فشار گازهاي خالص از 2 تا 14 بار افزايش داده شده است. با افزودن نانوذرات زئوليتي، بهترين گزينش پذيري CO2/CH4 براي غشاي كامپوزيتي بسترآميخته PEBA-NaX در فشار 14 بار با بارگذاري 1% وزني برابر با 56 و تراوايي CO2 به ميزان194.12 به دست آمد. در پايان، عملكرد اين غشاها با افزودن نانوزئوليت بر اساس نمودار رابسون در زمره غشاهاي با قابليت صنعتي شدن براي شيرين سازي گاز طبيعي قرار گرفت.