Abstract
The permeation characteristics were investigated for pure carbon dioxide and methane through asymmetric cellulose acetate(CA) membrane, composite cellulose acetate membrane and asymmetric cellulose triacetate(CTA) membrane. In particular, the effect of operating pressure on the permeation performance was examined. And the permeation behavior for a mixture of carbon dioxide and methane ($CO_2/CH_4=57.6/42.4$) was also investigated and compared to the characteristics obtained from pure gases. The experiments were run at the range of partial pressure from 25 to 125 psig, and room temperature. The permeation behaviors of the CA composite and CTA membrane were similiar to those of the CA membrane. The permeation rates of pure carbon dioxide for CA, CA composite and CTA membrane were increased slightly with an increase in upstream partial pressure, while in the case of pure methane they were independent of upstream partial pressure. For a binary mixture of carbon dioxide and methane, abnormal permeation behaviors were observed due to the plasticization of carbon dioxide and the competition effect of each gas. The separation factor and permeation rate for CTA membrane were found to be higher than those for CA membrane, but the mechanical strength of CTA membrane was very poor. And the permeation rate for CA composite membrane was higher than that for CA membrane. Consequently, it can be said that the CA composite membrane is a strong candidate for the separation of $CH_4$ and $CO_2$.
Cellulose acetate(CA) 비대칭막, CA 복합막 그리고 cellulose triacetate(CTA) 비대칭막을 통한 순수 이산화탄소 및 메탄의 투과 특성을 측정하여, 투과성능의 운전압력에 대한 영향을 조사하였다. 그리고 이산화탄소와 메탄의 혼합기체($CO_2/CH_4=57.6/42.4$)에 대한 투과 특성을 조사하여, 이를 순수 기체의 투과 특성으로부터 얻어진 결과와 비교하였다. 실험은 25~125 psig의 분압과 상온에서 실험하였다. CA 복합막과 CTA 막을 통한 기체의 투과거동은 CA 막의 투과 거동과 비슷하였다. CA 막, CA 복합막 그리고 CTA 막을 통한 순수 이산화탄소의 투과속도는 상부분압이 증가함에 따라 약간 증가하였으며, 반면에 메탄의 경우에는 상부분압에 의존하지 않고 일정하였다. 그러나 혼합기체의 경우 이산화탄소에 의한 가소화 효과와 각 기체의 경쟁효과에 의해 순수 기체와는 다른 투과거동을 보였다. 각각의 분리막의 투과성능을 비교 할 때, CTA 막의 분리인자와 투과속도가 CA 막의 값들보다 높은 값을 나타내었으며, CA 복합막의 투과속도가 CA 막의 값보다 높은 값을 가졌다. 그러나 CTA 막의 경우 기계적 강도가 매우 낮았다. 결국 본 연구에 사용된 CA 복합막이 투과 플럭스가 크므로 이산화탄소와 메탄의 분리용 막으로 적합하다고 생각된다.
