Enhancement of nanohybrid PES-nanosilica performance for CO2CH4 separation through combined UV irradiation and thermal annealing treatments

Other Title(s)

تحسين أداء سليكا البولي إيثر سلفون النانونية الهجين لفصل غازات ثاني أكسيد الكربون و الميثان بواسطة الأشعة فوق البنفسجية المدمجة و التلدين الحراري

Joint Authors

Kusworo, Tutuk D.
Budiyono
Widodo, Bastian
Prabowo, Bilal T.
Utomo, Dani P.
Kumoro, Andri C.

Source

Journal of Engineering Research

Issue

Vol. 8, Issue 3 (30 Sep. 2020), pp.17-30, 14 p.

Publisher

Kuwait University Academic Publication Council

Publication Date

2020-09-30

Country of Publication

Kuwait

No. of Pages

14

Main Subjects

Chemical Engineering

Abstract AR

يعتبر أداء غشاء البولي إيثر سلفون البكر منخفض نسبيا بشكل أساسي نحو النفاذية الانتقائية لغازات ثاني أكسيد الكربون و الميثان.

تم دراسة دمج مختلف الجسيمات النانوية غير العضوية لتعزيز النفاذية الانتقائية للغشاء.

و لسوء الحظ، فإن وجود الأنواع غير العضوية في مصفوفة البوليمر غالبا ما تشكل فراغات أقل انتقائية نتيجة لانخفاض التجانس بين الجسيمات النانوية و الغشاء.

في هذه الدراسة، تم إجراء تعديل على سطح الغشاء باستخدام الأشعة فوق البنفسجية و التلدين الحراري لتحسين النفاذية الانتقائية للغشاء النانوي الهجين من البولي إيثر سلفون لفصل غازات ثاني أكسيد الكربون و الميثان.

تم تصنيع أغشية نانوية هجينة من بولي إيثر سلفون-ثاني أكسيد السليكون عن طريق فصل الطور المحدث باستخدام اللامذيبات و تم تعديلها لاحقا باستخدام الأشعة فوق البنفسجية و طرق التلدين الحراري.

أظهرت النتائج التجريبية أن تعرض غشاء البولي إيثر سلفون البكر للأشعة فوق البنفسجية لمدة 10 دقائق يعزز انتقائية الغشاء من 1.25 إلى 3.75 بسبب تكوين الجذور الحرة في العديد من مواقع سطح الغشاء.

بينما التعرض للأشعة لوقت أطول يؤدي إلى تقليل انتقائية الغشاء إلى 1.08 بسبب تفكك البوليمر بواسطة الجذور الحرة.

أظهر اندماج الأشعة فوق البنفسجية المدمجة وثاني أكسيد السليكون مع الغشاء تأثيرا تآزريا حيث تحسنت نفاذية غازات ثاني أكسيد الكربون و الميثان من 70.69 إلى 9425.84 ومن 40.40 إلى 706.94 على التوالي في حين زادت الانتقائية من 1.75 إلى 13.33.

أظهرت الأغشية النانوية الهجينة أفضل أداء انتقائي في النفاذية عندما تعرضت للأشعة فوق البنفسجية لمدة 15 دقيقة و تم تلدينها حراريا عند 180 درجة مئوية لمدة 20 ثانية لتحقيق انتقائية تعادل 33.33.

كشفت هذه الدراسة أن التعرض للأشعة فوق البنفسجية و التلدين الحراري كانا قادرين على زيادة تعلق الجسيمات النانوية لثاني أكسيد السيلكون، والتي أدت في النهاية إلى زيادة أداء الانتقائية لفصل غازات ثاني أكسيد الكربون و الميثان.

Abstract EN

Basically, the pristine polyethersulfone membrane has a relatively low performance for selective permeation of CO/CH, gasses.

The incorporation of various inorganic nanoparticles has been studied to enhance the permselectivity of the membrane.

Unfortunately, the existence of inorganic species in the polymer matrix often forms less selective voids as a result of low affinity between nanoparticles and the membrane.

In this study, membrane surface modification comprising of UV irradiation and thermal annealing was performed to improve the permselectivity of nanohybrid polyethersulfone membrane for CO/CH, separation.

The polyethersulfone-SiO₂ nanohybrid membranes were fabricated via a nonsolvent induced phase separation (NIPS) method and subsequently modified using UV light irradiation and thermal annealing treatments.

The experimental results showed that 10 min UV irradiation on pristine polyethersulfone membrane enhances membrane's selectivity from 1.25 to 3.75 due to the formation of free radicals in numerous sites of the membrane surface.

However, a longer irradiation time leads to the reduction of membrane's selectivity to 1.08 due to polymer degradation by the free radicals.

The combined UV irradiation and SiO₂ incorporation to the membrane exhibited a synergistic effect where the permeability of CO₂ and CH improved from 70.69 to 9425.84 and from 40.40 to 706.94 GPU, respectively, whilst the selectivity increased from 1.75 to 13.33.

The nanohybrid membranes showed the best permselectivity performance when they are UV irradiated for 15 min and thermally annealed at 180°C for 20 s to achieve 33.33 of selectivity.

This study revealed that UV irradiation and thermal annealing were able to increase the attachment of the SiO₂ nanoparticles, which finally increase the permselectivity performance for CO/CH, separation.

American Psychological Association (APA)

Kusworo, Tutuk D.& Kumoro, Andri C.& Budiyono& Widodo, Bastian& Prabowo, Bilal T.& Utomo, Dani P.. 2020. Enhancement of nanohybrid PES-nanosilica performance for CO2CH4 separation through combined UV irradiation and thermal annealing treatments. Journal of Engineering Research،Vol. 8, no. 3, pp.17-30.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1495170

Modern Language Association (MLA)

Kusworo, Tutuk D.…[et al.]. Enhancement of nanohybrid PES-nanosilica performance for CO2CH4 separation through combined UV irradiation and thermal annealing treatments. Journal of Engineering Research Vol. 8, no. 3 (Sep. 2020), pp.17-30.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1495170

American Medical Association (AMA)

Kusworo, Tutuk D.& Kumoro, Andri C.& Budiyono& Widodo, Bastian& Prabowo, Bilal T.& Utomo, Dani P.. Enhancement of nanohybrid PES-nanosilica performance for CO2CH4 separation through combined UV irradiation and thermal annealing treatments. Journal of Engineering Research. 2020. Vol. 8, no. 3, pp.17-30.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1495170

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

Includes bibliographical references : p. 29-30

Record ID

BIM-1495170