Čištění surového bioplynu membránami z ultrapermeabilního polymeru s vnitřní mikroporozitou
Dělení směsí plynů je jedním z prioritních směrů Oddělení membránových separačních procesů našeho ústavu. Výzkum se primárně zaměřuje na aplikační potenciál membránových materiálů a procesů pro čištění spalin nebo surového bioplynu. Právě čistěním bioplynu pomocí nového druhu polymerních membrán s tzv. vnitřní mikroporozitou (PIM), které jsou vysoce propustné pro CO2 se zabývá nová publikace, kterou publikoval tým pod vedením Dr. Izáka ve spolupráci s Universitou v Edinburgu a italským Institute of Membrane Technology. Publikace vyšla v prestižním vědeckém časopise Journal of Membrane Science.
Práce popisuje separační schopnosti membrány z polymeru PIM-TMN-Trip, jež se skládá z tetramethyltetrahydronaftalenových jednotek navázaných na triptycenovém řetězci. Permeační vlastnosti membrány byly studovány na unikátních aparaturách v ÚCHP, které dokáží simulovat reálné procesy separace různých směsí plynů. Testované membrány ukázaly vynikající separační vlastnosti jak pro binární směsi CO2 a CH4, tak i pro skutečný bioplyn z čistírny odpadních vod, a to i při malém tlakovém rozdílu, kdy je spotřeba energie na stlačení čištěného plynu minimální. Separační charakteristiky membrán překročily výkonnostní meze z roku 2008 a dosáhly i nedávno definované meze pro čisté plyny z roku 2019. Zvyšující se vstupní tlak měl za následek snížení propustnosti CO2 i celkové selektivity, zatímco ideální selektivita, která je definovaná jako poměr propustností čistých plynů, zůstávala prakticky nezměněná. Zajímavým poznatkem je také, že se během dlouhodobější expozice čistému CO2 při 5 barech 2,5krát zvýšila ideální selektivita membrány, aniž by současně došlo ke snížení propustnosti CO2 obvyklým stárnutím membrány ve zbotnalém stavu. Tento jev může naznačovat chování membrány během dlouhodobého provozu při vysokotlaké separaci. Rovněž se ukázalo, že přítomnost více než 400 ppm H2S v surovém bioplynu významně neovlivňuje transportní a separační schopnosti membrány, což otevírá zajímavé perspektivy pro použití této membrány při separaci surového bioplynu bez nutnosti jeho předběžné úpravy.
Stanovsky, M. Karaszova, Z. Petrusova, M. Monteleone, J.C. Jansen, B. Comesaña‑Gándara, N.B. McKeown, P. Izak Upgrading of raw biogas using membranes based on the ultrapermeable polymer of intrinsic microporosity PIM-TMN-Trip J. Membr. Sci. 2021, 618, 118694. DOI: 10.1016/j.memsci.2020.118694
Diagram selektivity, tedy poměru propustností jednotlivých plynů, vs. propustnost CO2 pro různé formy membrány PIM-TMN-Trip