بررسی کلسیناسیون غشای زئولیتی DD3R و کاهش ترک های نانومتری جهت بهبود عملکرد آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند تبریز

چکیده

در این پژوهش، سنتز پودر و غشای زئولیتی DD3R با استفاده از روش رشد ثانویه انجام شد. آنالیزهای XRD و SEM، سنتز موفق پودر و لایه زئولیتی DD3R را نشان می ­دهد. کلسیناسیون غشا در C­500 و با نرخ گرمایش C/min 0/2 انجام شد. آزمون عبوردهی گاز نیتروژن، همزمان با افزایش دما در مراحل متفاوت دمایی انجام شد. نتایج نشان می ­دهند که پس از رسیدن به دمای C 425، عبوردهی گاز نیتروژن حدود 100 برابر افزایش می­ یابد، که نشان دهنده شوک حرارتی و ایجاد حفرات غیرزئولیتی در ابعاد نانومتری در غشا است. کلسیناسیون غشا در دمای C­500 و با سرعت گرمایش C/min 0/1 نیز منجر به ایجاد ترک در غشا شد. در نهایت، کلسیناسیون غشای DD3R در دمای C 425 و با سرعت گرمایش C/min 0/2 شوک حرارتی و ترک را در ساختار غشا به حداقل رساند، بطوریکه انتخاب­ پذیری CO2/CH4 و N2/CH4  به ترتیب برابر 11-10 و 5-4 اندازه گیری شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study on the calcination of DD3R zeolite membrane and reduce the nanometric cracks to improve its separation performance

نویسندگان [English]

  • Mohammadjavad Vaezi 1
  • Mohsen Moghimi 1
  • Masoud Gohargeranbaha 1
  • AliAkbar Babaluo 2
1 Nanostructure Materials Research Center, Faculty of Chemical Engineering, Sahand University of Technology
2 Sahand University of technology
چکیده [English]

In this study, the DD3R zeolite powder and membrane were synthesized via a secondary growth method. The XRD and SEM analyses show the successful synthesis of the DD3R zeolite powder and membrane. The calcination of the membrane was carried out at 500 ◦C with a heating rate of 0.2 ◦C/ min. The N2 gas permeation test was carried out at different temperature steps simultaneously with increasing the temperature. The results show that after 425 ◦C, N2 permeation increases by about 100 times, which indicates thermal shock and creating non-zeolite pores with size in nanometric range in the membrane. The calcination of another membrane at 500 ◦C with a heating rate of 0.1 ◦C/ min also was resulted in defects of the membrane. Finally, the calcination of the DD3R membrane at 425 ◦C with a heating rate of 0.2 ◦C/min prevented thermal shock, and then the defects were minimized in the membrane. So that, the perm-selectivity of CO2/CH4 and N2/CH4 were measured 10-11 and 4-5, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • DD3R Zeolite Membrane
  • Calcination Temperature
  • Heating/Cooling Rate
  • Nanometric Pores
 
[1] T. Tomita, K. Nakayama, H. Sakai, “Gas separation characteristics of DDR type zeolite membrane”, Microporous Mesoporous Materials, 68, 71–75, 2004.
[2] K. Nakayama K. Suzuki M. Yoshida K. Yajima T. Tomita, “Method for preparing DDR type zeolite membrane, DDR type zeolite membrane, and composite DDR type zeolite membrane, and method for preparation thereof”, USA Patent No: 7,014,680 B2, 2006.
[3] Sh. Himeno, T. Tomita, K. Suzuki, K. Nakayama, K. Yajima, S. Yoshida, “Synthesis and permeation properties of a DDR-type zeolite membrane for separation of CO2/CH4 gaseous mixtures”, Industrial & Engineering Chemistry Research, 46, 6989–6997, 2007.
[4] K. Yajima, and K. Nakayama, “Process for producing DDR type zeolite membrane”, USA Patent No: 2009/0011926 A1, 2009.
[5] A. Bose, N. Das, S.N. Roy, N. Goswami, S. Kar, R.C. Bindal, P.K. Tewari, “Synthesis, characterization and corrosion performance evaluation of DDR membrane for H2 separation from HI decomposition reaction”, International Journal of Hydrogen Energy, 39, 12795–12803, 2014.
[6] M. Mubashir, Y.Y. Fong, L.K. Keong, “Ultrasonic-assisted secondary growth of deca-dodecasil 3 rhombohedral (DD3R) membrane and its process optimization studies in CO2/CH4 separation using response surface methodology”, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 30, 50–63, 2016.
[7] Zh. Zhou and S. Nair, “Zeolite DDR membranes”, USA Patent No: 2013/0064747 A1, 2013.
[8] Zh. Zheng, A.S. Hall, V.V. Guliants, “Synthesis, characterization and modification of DDR membranes grown on α-alumina supports”, Journal of Materials Science, 43, 2499–2502, 2008.
[9] T. Uchikawa K. Yajima H. Nonak T. Tomita, “Method for production of DDR type zeolite membrane”, USA Patent No: 8,377,838 B2, 2013.