Poliimid Gaz Ayırma Membranlarının Moleküler Simülasyonu

Abstract

Poliimidler için yapı-geçirgenlik ilişkilerinin geliştirilmesi potansiyel membran malzemelerinin ortaya çıkarılmasına olanak vermektedir. Bu çalışmada küçük gazların ve hidrokarbonların 6FDA-DAM ve 6FDA-ODA polimidlerindeki adsorpsiyon katsayıları “Büyük Kanonik Monte Carlo” ve “Moleküler Dinamik” yöntemleri kullanılarak hesaplanmıştır. Simulasyon çalışmasından elde edilen adsorpsiyon katsayıları literatürdeki deneysel verilerle uyumluluk göstermiştir. Yüksek basınç değerlerinde, polimer ile adsorbe olan molekül arasındaki etkileşimden dolayı poliimid matrisinde şişme meydana geldiği görülmüştür. Simülasyon çalışmasında elde edilen O2/N2, CO2/CH4 ve C3H6/C3H8 gaz çiftleri için ideal adsorpsiyon seçicilik verileri deneysel veriler ile benzerlik göstermektedir. İkili gaz karışımları için deneysel adsorpsiyon seçicilik verileri mevcut olmadığından simülasyon çalışması ile elde edilen bu veriler membran literatürü için önemlidir.

Development of structure-property relationships for polyimides may provide a guideline for designing membranes having desirable end-use properties. In this thesis, “Grand Canonical Monte Carlo” and “Molecular Dynamics” techniques are used to estimate the solubility of small gases and hydrocarbons in 6FDA-ODA and 6FDA-DAM polyimide membranes. The calculated sorption coefficients obtained in this simulation study are in good agreement with the experimental data reported in the literature. At high pressure, due to the interaction between the polymer and penetrant molecule, swelling behavior of polyimide was observed. Ideal adsorption selectivities obtained from simulation study for O2/N2, CO2/CH4 and C3H6/C3H8 gas pairs are similar with experimental values. Since experimental adsorption selectivities for mixed gas separation are not available, the values obtained from simulation study are important for membrane literature.