การแยกแก๊สผสมไนโตรเจน/คาร์บอนไดออกไซด์/มีเทนด้วยเมมเบรนฐานไคโตซาน

Abstract

งานวิจัยนี้ใช้เมมเบรนฐานไคโตซานแบบเนื้อแน่นที่ผลิตในประเทศเพื่อศึกษาการแยกแก๊สไฮโดรคาร์บอนออกจากแก๊สอนินทรีย์ ชนิดของเมมเบรนฐานไคโตซานที่ใช้ในงานวิจัย ได้แก่ แบบไม่เชื่อมขวาง แบบเชื่อมขวาง แบบไม่เชื่อมขวางไคโตซาน-ซีโอไลต์ แบบเชื่อมขวางไคโตซาน-ซีโอไลต์ แบบไม่เชื่อมขวางที่มีการปรับปรุงพื้นผิว และแบบเชื่อมขวางที่มีการปรับปรุงพื้นผิว ผลการศึกษาขนาดรูพรุนพบว่าเมมเบรนไคโตซานมีขนาดรูพรุนเฉลี่ยเท่ากับ 22 อังสตรอม สารซีโอไลต์ 4A เชิงพาณิชย์ที่ใช้มีขนาดรูพรุนเฉลี่ยเท่ากับ 11 อังสตรอม ผลของซีโอไลต์ในเมมเบรนไคโตซาน-ซีโอไลต์ ทำให้ค่าซึมผ่านของแก๊สทุกชนิดลดลง และไม่เกิดการถ่ายโอนมวลผ่านเมมเบรนเมื่อมีปริมาณซีโอไลต์ 10 และ 30% โดยน้ำหนัก พื้นผิวของเมมเบรนที่ผ่านการปรับปรุงด้วยการแช่ในสารละลายซิลเวอร์ไนเตรตกลายเป็นสีน้ำตาลอ่อนซึ่งคาดว่าเกิดจากปฏิกิริยาของไอออนซิลเวอร์กับหมู่ฟังก์ชันของไคโตซาน นอกจากนั้นยังทำให้ความสามารถทนต่อแรงดึงของเมมเบรนลดลง เมมเบรนที่เหมาะสมในการใช้แยกแก๊สมีเทนออกจากแก๊สไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในระบบแก๊สเดี่ยว ที่อุณหภูมิห้องและความดันขาเข้า 4 บาร์เกจ คือเมมเบรนไคโตซานแบบไม่เชื่อมขวางที่ผ่านการปรับปรุงผิวด้วยการแช่ในสารละลายซิลเวอร์ไนเตรตความเข้มข้น 0.05 โมลาร์ ทำให้ได้ค่าซึมผ่านแก๊สไนโตรเจน มีเทน และคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นจาก 139.9±14.2, 184.0±14.5 และ 108.1±3.6 แบร์เรอร์ เป็น 4815.0±306.4, 8323.0±652.1 และ 3644.6±313.0 แบร์เรอร์ ตามลำดับ ได้ค่าเลือกสรรคู่แก๊สมีเทนต่อไนโตรเจนและมีเทนต่อคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับเมมเบรนที่ไม่ได้ผ่านการปรับปรุงพื้นผิวจาก 1.3±0.1 และ 1.7±0.2 เป็น 1.7±0.2 และ 2.3±0.2 ตามลำดับ ผลการศึกษาสมรรถนะการแยกแก๊สในระบบแก๊สผสมซึ่งประกอบด้วย แก๊สไนโตรเจน 5% โดยปริมาตร, คาร์บอนไดออกไซด์ 8% โดยปริมาตร และมีเทน 87% โดยปริมาตร ที่อุณหภูมิห้องและความดันขาเข้า 4 บาร์เกจ พบว่าค่าเลือกสรรคู่แก๊สข้างต้นลดลงเป็น 1.2±0.1 และ 1.1±0.1 ตามลำดับ เนื่องจากเกิดการแข่งขันระหว่างโมเลกุลของแก๊สทั้งสามชนิดในแก๊สผสม