بررسی جامع مکانیسمهای انتقال جرم و مدلهای نفوذ در غشاهای نانوکامپوزیتی با تاکید بر بهبود جداسازی دی اکسید کربن در صنایع نفت و گاز

افزایش انتشار دی اکسید کربن در صنایع نفت و گاز و پیامدهای زیست محیطی ناشی از آن، توسعه فناوریهای کارآمد کم مصرف و پایدار برای جداسازی این گاز را به یک ضرورت راهبردی در حوزه انرژی تبدیل کرده است. در میان فناوریهای متداول جذب و جداسازی، فرآیندهای غشایی به دلیل مصرف انرژی کمتر نسبت به روشهای جذب شیمیایی، سهولت بهره برداری، طراحی ماژولار و قابلیت مقیاس پذیری، صنعتی مورد توجه گسترده قرار گرفته اند. با این حال غشاهای پلیمری متداول با محدودیت همزمانی نفوذپذیری و گزینش پذیری مواجه اند که این موازنه، عملکردی کارایی آنها را در کاربردهای صنعتی با فشار و دمای عملیاتی بالا محدود می سازد. در سالهای اخیر توسعه غشاهای نانوکامپوزیتی از طریق به کارگیری نانوفیلرهایی نظیر زئولیت ها، چارچوب های فلزی-آلی، نانولوله های کربنی و مواد دوبعدی به عنوان راهکاری موثر برای اصلاح ساختار ریزمقیاس، افزایش سطح ویژه و ایجاد مسیرهای انتقال ترجیحی مطرح شده است. در این مقاله مکانیسمهای انتقال جرم و مدلهای نفوذ حاکم بر عملکرد غشاهای نانوکامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر برهم کنش های بین فازی، توزیع فاز نانو و تغییر در ضرایب نفوذ و انحلال پذیری بر بهبود گزینش پذیری CO۲ تحلیل می شود. همچنین ارتباط میان ویژگی های مورفولوژیکی غشا، عملکرد جداسازی در شرایط عملیاتی صنایع نفت و گاز تبیین شده و چالش های فنی و پژوهشی پیشرو ارزیابی می گردد. نتایج این بررسی نشان می دهد که طراحی مهندسی شده ساختار نانو و کنترل سازگاری میان ماتریس پلیمری و نانوفیلر نقش کلیدی در ارتقای همزمان نفوذپذیری و گزینش پذیری و عبور از محدودیت های عملکردی غشاهای متداول ایفا می کند.

کلیدواژه ها:

غشاهای نانوکامپوزیتی ، انتقال جرم ، مدلهای نفوذ ، جداسازی دی اکسید کربن ، صنایع نفت و گاز ، نفوذپذیری ، گزینش پذیری