Modeling and Optimization of Spinning Parameters on Selectivity of Polysulfone Hollow Fiber Membrane for CO2/CH4 Separation

Authors

Intan Zaurah Mat Darus, School of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, Skudai 81310, MalaysiaFollow
Shahab Khademi, School of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, Skudai 81310, Malaysia
Musa Mailah, School of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, Skudai 81310, Malaysia
Lau Woei Jye, Advanced Membrane Technology Research Center (AMTEC), School of Chemical and Energy Engineering, Faculty of Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, Skudai 81310, Malaysia
Alireza Khademi, Department of Mechanical Engineering, École de Technologie Supérieure (ÉTS), Quebec H3C 1K3, Kanada

Abstract

Hollow fiber membrane (HFM) and related technologies have recently become highly in demand and widely used in most industries and other areas recently. HFM could be used in different functions, from water and gas treatment to blood and medical applications. The paper describes the modeling of the effects of the spinning condition of a nonporous HFM on the membrane’s characteristics with the use of an automated hollow fiber fabrication system. An integrated, systematic experimental strategy based on the design of experiments was used to elaborate the effects of each parameter on selectivity. To obtain and sustain a satisfactory, significant selectivity of HFM, an automated system controlled the parameters during the fabrication process. The parameters involved in the fabrication of HFM and used in modeling are dope flow rate, bore flow rate, draw force, and air gap, which are considered inputs to fabricate polysulfone membrane. The fabrication process is improved by automating and instrumenting fabrication systems. An empirical model of the effects of fabrication parameters on the selectivity of the membrane is extracted experimentally. The mathematical model effectively explains the selectivity of CO2/CH4 with 95% fit.

Bahasa Abstract

Pemodelan dan Optimasi Parameter-parameter Pemintalan pada Pemilihan Serat Berongga Polysulfone. Membran serat berongga (MSB) dan teknologi-teknologi terkait akhir-akhir ini telah mengalami permintaan yang tinggi dan secara luas dipakai pada sebagian besar industri dan area lainnya. MBS dapat digunakan untuk berbagai fungsi yang berbeda, dari perlakuan air dan gas hingga aplikasi pada darah dan kesehatan. Makalah ini menjelaskan pemodelan pengaruh-pengaruh kondisi pemintalan dari MBS tidak berpori pada karakteristik-karakteristik membran dengan menggunakan sistem fabrikasi serat berongga otomatis. Sebuah strategi eksperimen yang sistematik dan terintegrasi berdasarkan perancangan eksperimen digunakan untuk meneliti pengaruh-pengaruh dari setiap parameter pada selektifitas. Untuk mendapatkan dan mempertahankan selektifitas yang penting dan memuaskan, sebuah sistem otomatis mengendalikan parameter-parameter selama proses fabrikasi. Parameter-parameter yang terlibat dalam fabrikasi MBS dan digunakan pada pemodelan adalah laju aliran dope, bore, gaya tarik dan celah udara yang dianggap sebagai masukan-masukan untuk membuat membran polysufone. Proses fabrikasi ditingkatkan dengan otomatisasi dan pelengkapan sistem fabrikasi. Sebuah model dari pengaruh-pengaruh parameter-parameter fabrikasi pada selektifitas dari membran diperoleh secara ekperimen. Model matematika secara efektif menjelaskan selektifitas dari CO2/CH4 dengan kecocokan 95%.

References

1. M. Rezaei, A.F. Ismail, S.A. Hashemifard, T. Matsuura, Chem. Eng. Res. Des. 92/11 (2014) 2449.
2. M. Rezaei, A.F. Ismail, G. Bakeri, S.A. Hashemifard, T. Matsuura, Chem. Eng. J. 260 (2015) 875.
3. M. Mulder, Basic Principles of Membrane Technology Second Edition. Kluwer Academic Pub., 1996.
4. G. Bakeri, A.F. Ismail, D. Rana, T. Matsuura, M. Shariaty, J. Appl. Polym. Sci. 123/5 (2012) 2812
5. A.K. Zulhairun, B.C. Ng, A.F. Ismail, R.S. Murali, M.S. Abdullah, Chem. Eng. J. 137 (2014) 1.
6. M.R. Dasht, A. Arzhandi, A.F. Ismail, T. Matsuura, RSC Adv. 5/28 (2015) 21916.
7. T.S. Chung, S.K. Teoh, J. Memb. Sci. 130/1–2 (1997) 141.
8. T.S. Chung, S.K. Teoh, X. Hu, J. Memb. Sci. 133 (1997) 161.
9. W.F. Yong, T. Chung, M. Weber, C. Maletzko, J. Memb. Sci. 552 (2018) 305.
10. S. Khademi, et al. Recent Adv. Mech. Mech. Eng. (2015) 100.
11. R.A. Roslan, W.J. Lau, D.B. Sakthivel, S. Khademi, A.K. Zulhairun, P.S. Goh, A. F. Ismail, K.C. Chong, S.O. Lai, J. Polym. Eng. 38/9 (2018) 871.
12. G. Dong, H. Li, V. Chen, J. Memb. Sci., 353/1–2 (2010) 17.

Recommended Citation

Mat Darus, Intan Zaurah; Khademi, Shahab; Mailah, Musa; Jye, Lau Woei; and Khademi, Alireza (2021) "Modeling and Optimization of Spinning Parameters on Selectivity of Polysulfone Hollow Fiber Membrane for CO2/CH4 Separation," Makara Journal of Technology: Vol. 25: Iss. 3, Article 2.
DOI: 10.7454/mst.v25i3.3865
Available at: https://scholarhub.ui.ac.id/mjt/vol25/iss3/2