Enhancing Gas Separation Performance of Polyvinyl Alcohol Membranes through Cyclodextrin-Based Additives: An Experimental Study on Permeability and Selectivity Analysis
سال انتشار: 1404
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 12
فایل این مقاله در 9 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد
- صدور گواهی نمایه سازی
- من نویسنده این مقاله هستم
استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:
شناسه ملی سند علمی:
JR_IJCCE-44-12_008
تاریخ نمایه سازی: 10 آذر 1404
چکیده مقاله:
Polyvinyl alcohol (PVA)-based membranes modified with cyclodextrins (CDs) and rotaxanes were developed to overcome the permeability-selectivity trade-off in gas separation. This study demonstrates that α-CD incorporation (۲–۱۰ wt%) in PVA significantly enhances CO₂/CH₄ selectivity (up to ۲,۸۹۸) and CO₂ permeability (۵۷.۸ Barrer), attributed to the molecular sieving effect of α-CD’s cavity diameter of ۴.۷–۵.۳ Å, as supported by kinetic diameter alignment. Illustrating the classic trade-off, increasing α-CD content from ۲% to ۱۰% boosted selectivity from ۲۸۹ to ۲,۸۹۸, while permeability decreased from ۵۷.۸ to ۲۸.۹۸ Barrer (a permeance drop from ۰.۴۸ to ۰.۲۴ GPU). In contrast, γ-CD-modified membranes achieve exceptional O₂/N₂ selectivity (۱,۱۰۸) due to their larger cavity diameter ۷.۵–۸.۵ (Å), while rotaxane nanotubes create non-selective transport pathways, yielding ultrahigh N₂ permeability (۵۶.۰۳ Barrer) but inverted O₂/N₂ selectivity (۰.۲۳). The distinct transport mechanisms—solution-diffusion dominance in CD-PVA systems versus pore-flow in rotaxane-modified membranes—were validated through permeation tests and structural characterization. α-CD membranes show promise for biogas upgrading (CO₂/CH₄ selectivity >۲,۸۰۰), whereas γ-CD variants excel in oxygen enrichment. Rotaxane-modified membranes enable high-flux applications like inert gas production. This work advances the design of tunable membrane materials by correlating additive topology (CD cavity size, rotaxane nanotubularity) with gas separation performance, offering pathways to address industrial challenges in CO₂ capture, O₂/N₂ separation, and hydrocarbon purification.
کلیدواژه ها:
نویسندگان
Ali Poorkhalil
Faculty of Life Science Engineering, College of Interdisciplinary Science and Technology, University of Tehran, Tehran, I.R. IRAN
Hasan Farrokhzad
School of Chemical, Petroleum and Gas Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, I.R. IRAN
Behnam Pournemati
Faculty of Life Science Engineering, College of Interdisciplinary Science and Technology, University of Tehran, Tehran, I.R. IRAN
Naeim Mirali
Faculty of Life Science Engineering, College of Interdisciplinary Science and Technology, University of Tehran, Tehran, I.R. IRAN
مراجع و منابع این مقاله:
لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :