۱۵,۵۱
لوییس نلسن
۱۴,۴۶
بروگمن
۱۴,۸۰
پال
۱۳,۰۳
مکسول اصلاح شده
۱۱,۸۶
بروگمن اصلاح شده
۱۱,۸۳
فلسک
۱۲,۳۳
فلسک اصلاح شده
۹,۵۶
مدل جدید ارائه شده
مهمترین علت به وجود آمدن اختلاف بین مقادیر پیش بینی شده و اندازه گیری شده در آزمایشگاه را میتوان نبود داده های قابل اطمینان به ویژه برای تراوایی گازها در فاز پراکنده یا همان ذرات معدنی تراوا ، بیان کرد. در هیچ یک از منابعی که تراوایی MMMs گزارش شده است تراوایی پرکننده ها ذکر نشده است . از این رو ما برای بدست آوردن تراوایی پرکننده ها ناچار به استفاده از منابع دیگری هستیم ؛ که اندکی تفاوت بین خواص پرکننده ها در این دو پژوهش موجب به وجود آمدن خطای قابل ملاحظه ای در پیش بینی میشود .از سویی دیگر هم شرایط فیزیکی متفاوت هنگام آزمایش بین MMMs و پرکننده نیز میتواند منجر به بروز خطا شود . به طور مثال دما و فشار میتواند تراوایی گازهای مختلف را در غشاهای آلی و معدنی را دستخوش تغییر کند . [۷۳]
پژوهشگران مختلف مقادیر متفاوتی را برای تراوایی در پرکننده نوع ZIF-8 گزارش کرده اند . [۹۲-۹۴]در تحقیقات گذشته پژوهشگران نیز تایید شده است که داده های غیر قابل اطمینان تراوایی فاز پراکنده باعث به وجود آمدن خطا در نتایج پیش بینی تراوایی در MMMs شود . [۲۵]
افزون بر مورد ذکر شده عامل دیگری دیگری که میتواند موجب بروز خطا در پیش بینی شود ، وجود اشکال در ساخت غشاها و/یا اندازه گیری تراوش گازهای نافذ میباشد.برخی از محققان به منظور به حداقل رسانیدن خطاهای اندازه گیری تراوش گازها ، تست تراوش را چند بار انجام میدهند و میانگین آن را به عنوان نتایج نهایی گزارش میکنند . با این وجود این قضیه در مورد تمامی پژوهش ها مشاهده نمیشود و ممکن است تست تراوش تنها یکبار انجام شود. وجود اشکال در ساخت غشاها مانند وجود مشکلاتی در طول تهیه غشا و انسداد جزئی و کلی منافذ پرکننده نیز میتواند بر تراوایی گازها موثر باشد . به طور مثال در سیستم(۱) در کسر بارگذاری ۲۸% وزنی تراوایی گازهای CH4 و N2 نسبت به کسر بارگذاری ۱۱% وزنی کاهش یافته است.این در حالی است که نشان دادیم افزایش بارگذاری ذرات از دو طریق موجب افزایش تراوایی میشود.تراوایی در این کسر از بارگذاری ذرات بر خلاف روند افزایشی در این سیستم میباشد که میتواند به علت وجود اختلالاتی نظیر انسداد منافذ غشاها هنگام ساخت آن ها باشد.
موارد ذکر شده که منجر به ایجاد خطا در پیش بینی تراوایی در MMMs میشود تماما ناشی از وجود اشکالاتی در ساخت غشا و یا نبود منابع اطلاعاتی قابل اطمینان میباشد. با این حال عامل مهم دیگری که موجب ایجاد خطا میگردد ، نواقص ناشی از مدل های پیش بینی میباشد. در مدل جدید ارائه شده که از دو مدل فلسک و فوجیتا استفاده میشود ، دو فاکتور متغیر وجود دارد . این دو فاکتور که عبارتست از ضخامت لایه میانی و ضریب افزایش FFV پلیمر میبایست با بهره گرفتن از اطلاعات موجود بهینه شوند . در این پژوهش ما با بهره گرفتن از روش پیشنهادی سایر محققان[۳۵, ۳۶] با ثابت فرض کردن ضریب افزایش FFV در تمامی سیستم غشاها β=۱٫۴ را استفاده کردیم. سپس با بهره گرفتن از سایر اطلاعات ضخامتی را که تراوایی گازهای N2 و O2 را در بهترین حالت ممکن پیش بینی میکند را بدست آوردیم . این ضخامت را به عنوان ضخامت مبنا برای همه ی گازها در تمامی کسور بارگذاری ذرات بکار بردیم.این در حالی است که با توجه به تعامل بین نانو ذرات و پلیمرها و روش های متفاوت ساخت MMMs ، میتواند باعث به وجود آمدن درجات مختلفی از افزایش FFV شود .بنابراین برابرفرض کردن ضریب افزایش FFV در تمام سیستم ها ممکن است منجر به ایجاد خطا در پیش بینی شود .
از سویی دیگر با توجه به تفاوت در میزان تراوایی و خواص گازهای نافذ استفاده از دو گاز N2 و O2 ممکن است باعث ایجاد خطا در پیش بینی شود . بدین صورت ممکن است که ضخامت لایه میانی که برای این دو گاز تخمین زده میشود با ضخامتی که برای تمام گازهای نافذ بدست می آید متفاوت باشد .
برای به حداقل رسانیدن خطاهای ناشی تخمین این دو پارامتر میتوان از روش های بهینه سازی استفاده کرد . با این وجود برای بهینه ساز ی باید مقدار بهینه این دو پارامتر را در تمامی کسرهای بارگذاری ذرات و برای تمامی گازهای نافذ بدست آورد یا به عبارت دیگر باید ضخامت و ضریب افزایش FFV را برای تمامی نقاط داده ی یک سیستم محاسبه کرد . پژوهشگران بدین منظور از الگوریتم های پیچیده ای استفاده کردند . به طور مثال وین-تانگ[۶۷] و کالیاگونگ[۶۸] نشان دادند که با بهره گرفتن از یک اگوریتم پنج مرحله ای میتوان درصد خطای به وجود آمده را تا حدودی کاهش داد . با این وجود استفاده از این روش ها نمیتواند نتایج را به طور چمش گیری تغییر دهد که با توجه روش های پیچیدهی محاسباتی محققان کمتر از این روش ها به منظور بدست اوردن مقدار بهینه استفاده میکنند .
مقایسه یافته های پژوهش با نتایج دیگر پژوهشگران
مدل های ارائه شده تا کنون عمدتا به مطالعه و بررسی تراوایی در MMMs پرشده با میکروسایزهای تراوا میپردازد [۳, ۷, ۲۵] و محققان برای پیش بینی تراوایی MMMs پرشده با نانوMOFs از همان مدل های ارائه شده برای میکروذرات استفاده کرده اند. با این حال نتایج بدست آمده توسط آن ها نشان میدهد که مدل های ارائه شده برای غشاهای پرشده با میکرو ذرات نمیتواند کارایی لازم برای غشاهای پرشده با نانوذرات را داشته باشد . این در حالی است که در این پژوهش نشان دادیم که در هر ۴ سیستم مورد مطالعه مدل جدید ارائه شده بهترین عملکرد را در میان سایر مدل های استفاده شده داراست و نتایج قابل اطمینان تری را نسبت به سایر مدل ها ارائه میکند.
از سویی دیگر تعداد نقاط داده مورد استفاده نیز میتوان نشان دهنده ی اعتبار مدل باشد . در واقع زمانی اعتبار یک مدل مورد تایید است که بتواند پیش بینی مناسبی در محدوده ی وسیعی از کسر بارگذاری ذرات داشته باشد و در غشاها و گازهای نافذ مختلف عملکرد قابل قبوالی را ارائه کند . مدل جدید ارائه شده در مقایسه با مدل های موجود برای پیش بینی تراوایی در MMMs حاوی میکرو ذرات پرکننده نیز نتایج قابل اطمینانی ارائه میکند . در این پژوهش ما از ۹۴ نقطه داده برای پیش بینی تراوایی استفاده کردیم که نسبت به سایر پژوهش های مشابه انجام شده نقاط زیادی محسوب میشود.
پیش بینی تراوایی در MMMs پرشده با نانو MOFs جدید
برای جداسازی مخلوط های دو تایی گازی بااستفاده از MMMs پژوهش هایی در زمینه استفده از MOFs تازه کشف شده ، انجام شده است [۷۸, ۸۰, ۸۵-۸۷] در این پژوهش های صورت گرفته محققان از روش مدل سازی اتمی [۹۵-۹۹] برای محاسبه تراوایی در نانوذرات MOFs استفاده کردند . با این حال تقریبا در همه ی این پژوهش ها نواقص سطحی ایجاد شده اطراف نانو ذرات را همانند میکروذرات قرار دادند . این در حالی است که ما نشان دادیم استفاده از نانوذرات موجب عملکرد کاملا متفاوت MMMs میشود بنابراین انتظار میرود نتایج بدست آمده تفاوت زیادی با داده های آزمایشگاهی داشته باشد .
تفاوت موجود در نواقص سطحی ایجاد شده اطراف میکرو ذرات و نانو MOFs میتواند به علت تفاوت در سایز آن ها و همچنین تفاوت در ساختار پرکننده ها باشد . MOFs به دلیل ساختار آلی-فلزی اثرات متفاوتی بر پلیمرها میگذارند و تعامل بین چهارچوب های فلزی آن ها و پلیمرها که هر دو مواد آلی میباشد موجب به وجود آمدن پدیده افزایش حجم آزاد پلیمر میشود . این در حالی است که پر کننده های قدیمی میکرو سایز معدنی بوده و تعامل بین یک ماده معدنی و پلیمر منجر به به وجود آمدن نواقصی اطراف ذرات معدنی میشود.
به دلیل خواص مطلوب MOFs برای جداسازی گازها و همچنین تعامل خوب این نو ع پرکننده ها با پلیمرها استفاده از MOFs جدید میتواند موجب پیشرفت سریع تکنولوژی استفاده از غشاها شود . با این وجود با توجه به تعداد زیاد MOFs با خواص متفاوت انتخاب نوع پرکننده ها از اهمیت فراوانی برخوردار است . بنابراین پیش بینی عملکرد MMMs پرشده با نانو MOFs جدید نیز بسیار مهم است چون میتوان پژوهشگران را در انتخاب MOFs مناسب برای MMMs کمک کند .با عنایت به این موضوع که روش جدید ارائه شده میتواند تراوایی گازهای مختلف در MMMs پرشده با نانوMOFs به خوبی پیش بینی کند ؛ برای پیش بینی تراوایی در MMMs پرشده با نانو MOFs جدید نیز مدل جدید ارائه شده میتواند بکار برده شود .
برای استفاده از مدل های پیش بینی تراوایی نیاز به داشتن تراوایی گازهای مختلف در MOFs داریم و تقریبا هیچ منبعی وجود ندارد که با انجام آزمایش تراوایی گازهای مختلف را در MOFs جدید بدست آورده باشد . بنابراین استفاده از روش ارائه شده [۹۵-۹۹] برای مدل سازی اتمی و محاسبه تراوایی در MOFs میتواند راه حل مناسبی برای این موضوع باشد . بنابراین استفاده همزمان از مدل جدید ارائه شده و مدل سازی اتمی ارائه شده توسط همکاران میتواند کمک شایانی به محققان در ساخت MMMs پرشده با نانوMOFs کند .
فرم در حال بارگذاری ...
