Preparazione e proprietà di trasporto di gas di membrane a base di polimeri e nanoplatelets grafenici per la cattura di CO2 da processi energetici

Lo scopo di questo studio sperimentale è stato quello di determinare l’effetto dell’aggiunta di piccole quantità (1wt%) di grafene e ossido di grafene al poli(1-trimetilsilil-1-propino) (PTMSP). Il PTMSP è uno dei polimeri più promettenti per la separazione di gas tramite membrane polimeriche grazie al suo elevato volume libero (26%). Sono state studiate sia membrane spesse (60-180 micron) preparate per solvent casting che sottili (2-10 micron) preparate per spin coating supportate su un film poroso di polipropilene commerciale. L’ossido di grafene aumenta la permeabilità del PTMSP, mentre il grafene ha mostrato un comportamento variabile in funzione del protocollo di preparazione che è risultato dipendere fortemente dalla velocità di evaporazione del solvente. Le membrane così ottenute sono state testate al permeometro. È stata osservata una dipendenza della permeabilità in funzione dello spessore del film e del grado di invecchiamento. In particolare, la presenza di nanofiller riduce il grado di invecchiamento dei film di PTMSP. Nel caso specifico della coppia di gas permeanti He/CO2, i campioni hanno mostrato un comportamento intercambiabile di selettività all’He o alla CO2, modulabile in funzione della temperatura tra 30-60°C e del filler utilizzato.

A novel class of gas separation membrane based on organic ionic plastic crystals

The first use of organic ionic plastic crystals (OIPCs) as CO2 separation membranes is reported. The novel OIPC/PVDF nanofiber composites show CO2/N2 ideal selectivities of 30 at 35 °C. The dependence of gas permeability on the thermal phase of the plastic crystals is discussed.

Synthesis and characterization of soluble poly(amideimide)s bearing triethylamine sulfonate groups as gas dehumidification membrane material

A series of soluble poly(amide-imide)s (PAIs) bearing triethylammonium sulfonate groups were synthesized directly using trimellitic anhydride chloride (TMAC) polycondensation with sulfonated diamine such as 2,2'-benzidinedisulfonic acid (BDSA), 4,4'-diaminodiphenyl ether-2,2'-disulfonic acid (ODADS), and nonsulfonated diamine 4,4-diaminodiphenyl methane in the presence of triethylamine. The resulting copolymers exhibited high molecular weights (high inherent viscosity), and a combination of desirable properties such as good solubility in dipolar aprotic solvents, film-forming capability, and good mechanical properties. Wide-angle X-ray diffraction revealed that the polymers were amorphous. These copolymers showed high permeability coefficients of water vapor because of the presence of the hydrophilic triethylammonium sulfonate groups. The water vapor permeability coefficients (P-w) and permselectivity coefficients of water vapor to nitrogen and methane [alpha(H2O/N-2) and (alpha(H2O/CH4)] Of the films increased with increasing the amount of the triethylammonium sulfonated groups.

Synthesis of poly(ether ether ketone)s with high content of sodium sulfonate groups as gas dehumidification membrane materials

Sodium sulfonate-functionalized polyether ether ketone)s derived from Bisphenol A with a degree of sulfonation up to 2.0 were synthesized by aromatic nucleophilic polycondensation of various amounts of 5,5-carbonylbis(2-fluorobenzenesulfonate) (1), 4,4'-diflurobenzophenone (2) and Bisphenol A (2). Copolymers showed excellent thermal stability and good mechanical properties. The selectivity of water vapor over nitrogen of membranes prepared from copolymers 3a and 3h was determined to be 3.43 x 10(6) and 1.05 x 10(7), respectively.

Design and Preliminary Results of an Atmospheric-Pressure Model Gas Turbine Combustor Utilizing Varying CO2 Doping Concentration in CH4 to Emulate Biogas Combustion

Utilization of biogas can provide a source of renewable energy in both heat and power generation. Combustion of biogas in land-based gas turbines for power generation is a promising approach to reducing greenhouse gases and US dependence on foreign-source fossil fuels. Biogas is a byproduct from the decomposition of organic matter and consists primarily of CH4 and large amounts of CO2. The focus of this research was to design a combustion device and investigate the effects of increasing levels of CO2 addition to the combustion of pure CH4 with air. Using an atmospheric-pressure, swirl-stabilized dump combustor, emissions data and flame stability limitations were measured and analyzed. In particular, CO2, CO, and NOx emissions were the main focus of the combustion products. Additionally, the occurrence of lean blowout and combustion pressure oscillations, which impose significant limitations in operation ranges for actual gas turbines, was observed. Preliminary kinetic and equilibrium modeling was performed using Cantera and CEA for the CH4/CO2/Air combustion systems to analyze the effect of CO2 upon adiabatic flame temperature and emission levels. The numerical and experimental results show similar dependence of emissions on equivalence ratio, CO2 addition, inlet air temperature, and combustor residence time. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Membrane polimeriche per la separazione di gas e la cattura di CO2: effetto dell’invecchiamento e di plasticizzazione

I processi di separazione sono tra quelli che consumano più energia nelle nazioni maggiormente industrializzate, questo rende necessaria la ricerca continua di tecnologie e materiali che siano in grado di aumentarne l’efficienza. Uno dei principali campi di studio di questa ricerca riguarda la separazione di gas, in cui le membrane polimeriche si candidano come principale alternativa innovativa ai metodi classici. Questo lavoro di tesi mira all’analisi delle variabili che governano il trasposto di gas attraverso membrane polimeriche di tipo vetroso, alla comprensione dei fenomeni destabilizzanti quali aging e plasticizzazione in termini di cause ed effetti e alla primaria rielaborazione dei dati di letteratura relativi agli stessi fenomeni per verificare analiticamente quanto studiato nella parte precedente. Per fare ciò, operativamente, ci si è serviti del supporto di articoli scientifici che trattano il tema, andando ad estrapolare dati e informazioni rilevanti e delle indicazioni del professor Minelli che da anni è impegnato nella ricerca su questi materiali. Dopo una prima parte introduttiva riguardante le tecnologie a membrana e le loro applicazioni, si passa allo studio approfondito della teoria e alla discussione dei due fenomeni, ai quali viene dedicato un capitolo ciascuno per capirne nel dettaglio le implicazioni che comportano nell’utilizzo di tecnologie a membrane polimeriche. Nella rielaborazione ci si sofferma poi sui film sottili, nell’ordine del micron, che corrispondo alle dimensioni tipiche delle membrane utilizzate per la separazione di gas. Ci si focalizza su miscele contenenti anidride carbonica, gas di estremo interesse sia perché è uno dei maggiori contributori al fenomeno del surriscaldamento globale, sia perché è uno dei principali responsabili della plasticizzazione di un polimero, per via della sua buona solubilità. Si conclude l’elaborato con una breve analisi sulle possibili contromisure riguardanti aging e plasticizzazione.

Analisi delle caratteristiche e delle performance di membrane polimeriche a microporosità intrinseca (PIM) per la cattura di CO2

In questo lavoro viene condotta un’analisi critica delle caratteristiche materiali e delle performance di una classe di polimeri recentemente sviluppata, i “Polimeri a Microporosità Intrinseca”, di grande interesse per lo sviluppo di membrane per la separazione di gas, specialmente nella Carbon Capture. Partendo dall’analisi del meccanismo di separazione di gas in membrane polimeriche dense si fornisce una overview sulle tecnologie assodate e innovative per la separazione di gas e per la CC. Le caratteristiche e le proprietà strutturali di rilievo dei polimeri vetrosi sono poi brevemente illustrate e le correlazioni empiriche note tra le suddette e le proprietà di trasporto di materia. Vengono quindi descritti i PIMs analizzando in primis la loro tipica struttura chimica, i processi di sintesi e le caratteristiche principali. Per il PIM-1, capostipite della categoria, il trasporto di gas viene approfondito con lo studio della variabilità delle proprietà quali la permeabilità, la diffusività e la solubilità di penetranti gassosi con i parametri operativi (p, T, composizione dei feed), considerando anche fenomeni tipici dei polimeri vetrosi quali l’aging e l’effetto dei solventi. Sono poi analizzate le proprietà di trasporto nei diversi PIMs, e confrontate con quelle di polimeri di comune utilizzo nelle separazioni in esame. La rielaborazione dei dati raccolti permette di confrontare le performance di una varietà di polimeri nella separazione di gas. In particolare l’analisi critica dei diagrammi permeabilità/selettività induce ad una valutazione approssimativa ma significativa delle possibili soluzioni tra cui optare per una data separazione di gas, considerando anche i parametri operativi tipici della stessa. Infine, vengono riportati e commentati dati di permeazione di miscele gassose in due diversi PIMs e nel polimero PTMSP, ponendo l’attenzione sulle reali condizioni operative con cui la tecnologia a membrane si deve confrontare in applicazioni reali.

Funzionalizzazione di derivati grafenici mediante tecniche chimico-meccaniche utilizzabili in membrane polimeriche per la separazione di gas

La tesi di laurea sperimentale tratta la produzione di membrane polimeriche ricoperte con coating grafenici mediante la tecnica del layer by layer per la separazione di miscele gassose. Il grafene utilizzato è stato prodotto in laboratorio mediante un mulino a sfere che ha portato contemporaneamente sia all’esfoliazione della grafite sia alla sua funzionalizzazione, mentre è stato utilizzato un ossido di grafene commerciale. I campioni sono stati preparati utilizzando sia membrane porose che non porose. Le membrane così preparate sono state testate al permeometro per verificarne la permeabilità a coppie di gas di interesse industriale, come H2/CO2.

Novel poly(aryl ether ketone)s containing various pendant groups .2. Gas-transport properties

The gas transport of hydrogen, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, and methane gases in a series of poly(aryl ether ketone)s was examined. These polymer membranes have a wide range of permeability coefficients and permselectivity coefficients, showing excellent gas-transport properties. The enhanced interchain interaction in the polymers due to intermolecular hydrogen bonds and ionic bonds results in a considerable increase in permselectivity but a decrease in permeability. On the contrary, the polymers with bulky arkyl substituents show significantly increased permeability. The causes of this trend are interpreted in terms of the free volume, interchain distance, and glass transition temperature together with the respective contribution of gas solubility and diffusivity to the overall permeability. Of interest is the observation that the ionomer IMPEK-K+, which simultaneously contains bulky isopropyl substituents and pendant carboxylate groups, exhibits over twice higher CO2 permeability and 15% higher CO2/CH4 permselectivity than those of bisphenol-A p'olysulfone (PSF). The possibility of using the new synthesized poly(aryl ether ketone)s in gas separation membrane application is also discussed. (C) 1997 John Wiley & Sons, Inc.

IMPROVEMENT OF OXYGEN NITROGEN PERMSELECTIVITY OF POLY[1-(TRIMETHYLSILYL)-1-PROPYNE] MEMBRANE BY PLASMA POLYMERIZATION

The oxygen permselectivity of a poly[1-(trimethylsilyl)-1-propyne) (PTMSP) membrane was drastically improved by plasma polymerization of fluorine-containing monomers. The effects of such plasma polymerization conditions as deposition time, plasma power an

A search for interstellar gas-phase CO2 gas: Solid state abundance ratios

We present searches for gas-phase CO2 features in the ISO-SWS infrared spectra of four deeply embedded massive young stars, which all show strong solid CO2 absorption. The abundance of gas-phase CO2 is at most 2. 10(-7) with respect to H-2, and is less than 5% of that in the solid phase. This is in strong contrast to CO, which is a factor of 10-100 more abundant in the gas than in solid form in these objects. The gas/solid state ratios of CO2, CO and H2O are discussed in terms of the physical and chemical state of the clouds.

Spectrophotometric flow-injection determination of sulphite in white wines involving gas diffusion through a concentric tubular membrane

A flow-injection system is proposed for the spectrophotometric determination of sulphite in white wines. The method involves analyte conversion to SO2, gas diffusion through a Teflon® semi-permeable membrane, collection into an alkaline stream (pH 8), reaction with Malachite green (MG) and monitoring at 620 nm. With a concentric tubular membrane, the system design was simplified. Influence of reagent concentrations, pH of donor and acceptor streams, temperature, timing, surfactant addition and presence of potential interfering species of the wine matrix were investigated. A pronounced (ca. 100%) enhancement in sensitivity was noted by adding cetylpyridinium chloride (CPC). The proposed system is robust and baseline drift is not observed during 4 h operating periods. Only 400 μL of sample and 0.32 mg MG are required per determination. The system handles 30 samples per hour, yielding precise results (r.s.d. < 0.015 for 1.0 - 20.0 mg L-1 SO2) in agreement with those obtained by an alternative procedure.