Pemisahan membran gas hidrogen (H2) telah menjadi satu tarikan oleh rakan-rakan penyelidik kerana kelebihan kos rendah, kesan karbon kecil dan kecekapan yang lebih tinggi daripada kaedah pembersihan konvensional. Walau bagaimanapun, prestasi membran polimer sedia ada terhad oleh batas atas Roberson. Sebaliknya, membran bukan organik terutamanya dari palladium (Pd), walaupun berfungsi dengan baik bersama H2 dari segi penyerapan dan pemilihan, mengalami masalah kekuatan mekanikal dan kos yang tinggi. Oleh itu, generasi baru membran telah diperkenalkan, dinamakan sebagai membran campuran matriks (MMM) yang menggabungkan pengisi bukan organik ke dalam matriks polimer untuk keputusan prestasi yang dipertingkatkan. Dalam karya ini, polibenzimidazol (PBI) padat telah dipilih sebagai polimer, dan akan dimasukkan nanopartikel Pd dengan polivinilpirrolidon (PVP) untuk bertindak sebagai penstabil, membentuk emulsi mikro Pd-PVP. Empat sampel telah berjaya dihasilkan; PBI bersih, PBI_PVP, PBI_Pd_1% dan PBI_Pd_4% dengan berat purata 1.8g di dalam piring petri bersaiz sama menggunakan teknik penyongsangan fasa kering. Semua membran telah dicirikan menggunakan FE-SEM, FTIR-AR dan EDX, masing-masing untuk mengesan apa-apa anomali di permukaan dan keratan rentas, perubahan kimia dalam struktur membran dan untuk mengesan kehadiran Pd. Ujian penyerapan telah dijalankan ke atas sampel membran menggunakan gas H2, N2 dan CO2 tulen pada 9 bar, 200 °C selama 30 minit setiap kali. PBI bersih telah menunjukkan penyerapan H2 sebanyak 14.7 Barrer atau 0.3 GPU. Antara empat sampel tersebut, PBI_PVP telah menunjukkan hasil yang terbaik dengan hampir 15x lebih tinggi kebolehtelapan pada 225.0 Barrer atau 4.8 GPU. Bagi MMM, kedua-dua sampel membran PBI_Pd_1% dan PBI_Pd_4% telah melebihi prestasi membran PBI bersih, masing-masing pada 0.8 dan 0.4 GPU. Pemilihan ideal gas untuk membran yang diuji tidak dapat dikira kerana meter aliran yang terhad menghalang bacaan untuk penyerapan N2 dan CO2. Secara umumnya, MMM telah terbukti mampu meningkatkan penyerapan membran PBI bersih.
_______________________________________________________________________________________________________
Membrane gas separation for hydrogen (H2) gas has become an attraction by fellow researchers due to its advantage of low cost, small carbon footprint and higher efficiency over conventional purification methods. Nevertheless, the existing polymeric membranes are performance-wise being limited by the Roberson’s upper bound. On the other hand, inorganic membranes particularly palladium (Pd) based, although can perform exquisitely with H2 in terms of permeation and selectivity, suffers from its mechanical strength and high cost. Hence, a new breed of membrane was introduced, named as mixed matrix membrane (MMM) which incorporates inorganic fillers into the continuous polymer matrix for enhanced performance results. In this work, dense polybenzimidazole (PBI) has been chosen as the polymer to be incorporated by Pd nanoparticles with polyvinylpyrrolidone (PVP) to act as stabilizers, forming Pd-PVP micro emulsions. Four samples have been successfully casted; neat PBI, PBI_PVP, PBI_Pd_1% and PBI_Pd_4% with average weight of 1.8g in similar sized petri dishes using dry phase inversion technique. All of the membranes were characterized using FE-SEM, FTIR-AR and EDX to detect any anomaly on the surface and cross section, chemical changes in the membrane structures and to detect the presence of Pd respectively. Permeation test was conducted on the membrane samples using pure H2, N2 and CO2 gases at 9 bar, 200 °C for 30 minutes each. The neat PBI has shown H2 permeation of 14.7 Barrer or 0.3 GPU. Among the four samples, surprisingly PBI_PVP has shown the best result with nearly 15x higher permeability at 225.0 Barrer or 4.8 GPU. For the MMM, both PBI_Pd_1% and PBI_Pd_4% membrane samples have exceed the neat membrane performance at 0.8 and 0.4 GPU respectively. Ideal selectivity of the membranes toward the tested gases were not able to be calculated due to flow meter limitation inhibit the reading for N2 and CO2 permeation. Generally, MMM has been proven to enhance the neat PBI membrane permeation.
Preparation and characterization of pbipalladiumpvp mixed matrix membrane for hydrogen separation / Zulfida Mohamad Hafis Mohd Shafie