Membrane gas separation
گیس کے مرکب کو پولیمر جیسے پولیمائڈ یا سیلولوز ایسیٹیٹ، یا سیرامک مواد سے بنی مصنوعی جھلیوں کے ذریعے مؤثر طریقے سے الگ کیا جا سکتا ہے۔ اگرچہ پولیمرک جھلی اقتصادی اور تکنیکی طور پر مفید ہیں، لیکن وہ اپنی کارکردگی سے پابند ہیں، جسے روبیسن حد کہا جاتا ہے (انتخاب کے لیے پارگمیتا کو قربان کیا جانا چاہیے اور اس کے برعکس)۔ یہ حد فلو گیس کے دھاروں سے CO2 کی علیحدگی کے لیے پولیمرک جھلی کے استعمال کو متاثر کرتی ہے، کیونکہ بڑے پیمانے پر نقل و حمل محدود ہو جاتی ہے اور کم پارگمیتا کی وجہ سے CO2 کی علیحدگی بہت مہنگی ہو جاتی ہے۔ میمبرین مواد نے اپنی مضبوط تھرمل اور کیمیائی مزاحمت کے ساتھ ساتھ اعلی ٹیون ایبلٹی (ترمیم اور فعال ہونے کی صلاحیت) کی وجہ سے سلیکا، زیولائٹس، دھاتی نامیاتی فریم ورک، اور پیرووسکیٹس کے دائرے میں توسیع کی ہے، جس کی وجہ سے پارگمیتا اور انتخاب میں اضافہ ہوا ہے۔ میمبرینز کو گیس کے مرکب کو الگ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے جہاں وہ ایک پارगम्य رکاوٹ کے طور پر کام کرتے ہیں جس کے ذریعے مختلف مرکبات مختلف شرحوں پر منتقل ہوتے ہیں یا بالکل حرکت نہیں کرتے ہیں۔ جھلیاں نینوپورس، پولیمر وغیرہ ہو سکتی ہیں۔ اور گیس کے مالیکیول اپنے سائز، پھیلاؤ، یا گھلنشیلتا کے مطابق داخل ہوتے ہیں۔ بنیادی عمل جھلی کے پار گیس کی علیحدگی ایک دباؤ سے چلنے والا عمل ہے، جہاں محرک قوت خام مال کے انلیٹ اور مصنوعات کے آؤٹ لیٹ کے درمیان دباؤ میں فرق ہے۔ اس عمل میں استعمال ہونے والی جھلی عام طور پر غیر سوراخ دار پرت ہوتی ہے، اس لیے جھلی کے ذریعے گیس کا شدید رساو نہیں ہوگا۔ جھلی کی کارکردگی پارگمیتا اور انتخاب پر منحصر ہوتی ہے۔ پارگمیتا دخول کے سائز سے متاثر ہوتی ہے۔ بڑے گیس مالیکیولز میں پھیلاؤ کا گتانک کم ہوتا ہے۔ جھلی کے مواد کے پولیمر میں پولیمر چین کی لچک اور آزاد حجم پھیلاؤ گتانک کو متاثر کرتے ہیں، کیونکہ پارगम्य جھلی کے اندر کی جگہ اتنی بڑی ہونی چاہیے کہ گیس کے مالیکیول پورے پھیل جائیں۔ گھلنشیلتا کا اظہار پولیمر میں گیس کے ارتکاز اور اس کے ساتھ رابطے میں گیس کے دباؤ کے تناسب کے طور پر کیا جاتا ہے۔ پارگمیتا جھلی کی صلاحیت ہے کہ وہ جھلی پر دباؤ کے فرق کے نتیجے میں جھلی کے مواد کے ذریعے پارگمیتی گیس کو پھیلنے دے، اور اس کی پیمائش پارگمیتی بہاؤ کی شرح، جھلی کی موٹائی اور رقبے اور جھلی کے پار دباؤ کے فرق کے لحاظ سے کی جا سکتی ہے۔ جھلی کا انتخاب جھلی کے لیے متعلقہ گیسوں کی پارگمیتا کے تناسب کی پیمائش ہے۔ اس کا حساب بائنری علیحدگی میں دو گیسوں کی پارگمیتا کے تناسب کے طور پر کیا جا سکتا ہے۔ جھلی گیس کو الگ کرنے کا سامان عام طور پر جھلی ماڈیول میں گیس پمپ کرتا ہے اور ہدف شدہ گیسوں کو پھیلاؤ اور گھلنشیلتا میں فرق کی بنیاد پر الگ کیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، آکسیجن کو ارد گرد کی ہوا سے الگ کیا جائے گا اور اوپر کی طرف جمع کیا جائے گا، اور نائٹروجن نیچے کی طرف جمع کیا جائے گا۔ 2016 تک، جھلی ٹیکنالوجی کو روزانہ 25 سے 40 فیصد آکسیجن کے 10 سے 25 ٹن پیدا کرنے کی صلاحیت کے طور پر رپورٹ کیا گیا تھا۔ میمبرین گورننگ میتھوڈولوجی تین اہم ڈفیوژن میکانزم ہیں۔ پہلا (ب)، نوڈسن پھیلاؤ بہت کم دباؤ پر ہوتا ہے جہاں ہلکے مالیکیول کسی جھلی کے پار بھاری مالیکیول سے زیادہ تیزی سے حرکت کر سکتے ہیں، ایسے مواد میں جس میں معقول حد تک بڑے سوراخ ہوں۔ دوسرا (سی)، سالماتی چھان بین، وہ معاملہ ہے جہاں جھلی کے سوراخ بہت چھوٹے ہوتے ہیں تاکہ ایک جزو کو گزرنے نہ دیا جا سکے، ایک ایسا عمل جو عام طور پر گیس کے استعمال میں عملی نہیں ہوتا ہے، کیونکہ مالیکیول متعلقہ سوراخوں کو ڈیزائن کرنے کے لیے بہت چھوٹے ہوتے ہیں۔ ان صورتوں میں مالیکیولز کی حرکت کو کیپلریز کے ذریعے دباؤ سے چلنے والے کنویکٹو بہاؤ کے ذریعے بہترین طور پر بیان کیا جاتا ہے، جس کی مقدار ڈارسی کے قانون کے مطابق ہوتی ہے۔ تاہم، گیس کی ایپلی کیشنز میں زیادہ عام ماڈل سولیوشن ڈفیوژن (ڈی) ہے جہاں ذرات پہلے جھلی پر تحلیل ہو جاتے ہیں اور پھر دونوں کے ذریعے مختلف شرحوں پر پھیل جاتے ہیں۔ یہ ماڈل اس وقت استعمال ہوتا ہے جب پولیمر جھلی میں سوراخ ذرات کی حرکت کے مقابلے میں تیزی سے ظاہر ہوتے ہیں اور غائب ہو جاتے ہیں۔ ایک عام جھلی کے نظام میں آنے والی فیڈ ندی کو دو اجزاء میں تقسیم کیا جاتا ہے: پارمینٹ اور ریٹینٹیٹ۔ پارمینٹ وہ گیس ہے جو جھلی کے پار سفر کرتی ہے اور ریٹینٹیٹ وہ ہے جو فیڈ میں باقی رہ جاتی ہے۔ جھلی کے دونوں اطراف، کیمیائی صلاحیت کا ایک میلان دباؤ کے فرق سے برقرار رہتا ہے جو گیس کے مالیکیولز کے گزرنے کے لیے محرک قوت ہے۔ ہر نوع کی نقل و حمل میں آسانی کی مقدار پارگمیتا، پائی سے ہوتی ہے۔ جھلی کے دونوں اطراف مثالی اختلاط کے مفروضوں کے ساتھ، مثالی گیس کا قانون، مستقل پھیلاؤ گتانک اور ہنری کا قانون، کسی نوع کے بہاؤ کا تعلق فک کے قانون کے دباؤ کے فرق سے ہو سکتا ہے: جہاں، (جی) جھلی کے پار پرجاتیوں کا مولر بہاؤ ہے، (ایل) جھلی کی موٹائی ہے، (پی آئی) پرجاتیوں کی پارگمیتا ہے، (ڈی) پھیلاؤ ہے، (کی) ہنری گتانک ہے، اور (پی آئی ') اور (پی آئی') بالترتیب فیڈ اور پارگمی طرف پر پرجاتیوں کے جزوی دباؤ کی نمائندگی کرتے ہیں۔ دیکی کے پروڈکٹ کو اکثر استعمال ہونے والی مخصوص جھلی پر پرجاتیوں i کی پارگمیتا کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے۔ دوسری نوع، جے، کے بہاؤ کی تعریف اس طرح کی جا سکتی ہے: مندرجہ بالا اظہار کے ساتھ، بائنری مرکب کے لیے جھلی کے نظام کی کافی حد تک وضاحت کی جا سکتی ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ جھلی کے پار کل بہاؤ فیڈ اور پارمیٹ دباؤ کے درمیان تعلق پر مضبوطی سے منحصر ہے۔ فیڈ پریشر (p ') اور پارمیٹ پریشر (p') کے تناسب کو جھلی کے دباؤ کے تناسب (θ) کے طور پر بیان کیا جاتا ہے۔ مذکورہ بالا سے یہ واضح ہے کہ جھلی کے پار پرجاتیوں i یا j کا بہاؤ صرف اس وقت ہو سکتا ہے جب: دوسرے لفظوں میں، جھلی اس کے پار بہاؤ کا تجربہ کرے گی جب فیڈ اور پارمیٹ کے درمیان ارتکاز میلان موجود ہو۔ اگر میلان مثبت ہے، تو بہاؤ فیڈ سے پارمیٹ تک جائے گا اور پرجاتیوں کو فیڈ سے الگ کر دیا جائے گا۔ لہذا، پرجاتیوں کی زیادہ سے زیادہ علیحدگی کا نتیجہ یہ ہے کہ: علیحدگی کے عمل کے لیے زیادہ سے زیادہ جھلی کا انتخاب کرتے وقت ایک اور اہم گتانک جھلی کی انتخابیت αij ہے جس کی تعریف پرجاتیوں j کے سلسلے میں پرجاتیوں i کی پارگمیتا کے تناسب کے طور پر کی گئی ہے۔ یہ گتانک اس سطح کی نشاندہی کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے جس پر جھلی پرجاتیوں i کو j سے الگ کرنے کے قابل ہوتی ہے۔ مندرجہ بالا اظہار سے یہ واضح ہے کہ 1 کی جھلی کی انتخاب اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ جھلی میں دونوں گیسوں کو الگ کرنے کی صلاحیت نہیں ہے، اس کی وجہ یہ ہے کہ دونوں گیسیں جھلی کے ذریعے یکساں طور پر پھیل جائیں گی۔ علیحدگی کے عمل کے ڈیزائن میں، عام طور پر دباؤ کا تناسب اور جھلی کا انتخاب نظام کے دباؤ اور جھلی کی پارگمیتا کے ذریعہ تجویز کیا جاتا ہے۔ نظام کی لاگت کی تاثیر کا اندازہ کرنے کے لیے جھلی کی طرف سے حاصل کردہ علیحدگی کی سطح (الگ ہونے والی انواع کا ارتکاز) کا جائزہ مذکورہ بالا ڈیزائن پیرامیٹرز کی بنیاد پر لینے کی ضرورت ہے۔ جھلی کی کارکردگی جھلی کے پار پرجاتیوں i اور j کے ارتکاز کا اندازہ ان کے متعلقہ پھیلاؤ کے بہاؤ کی بنیاد پر کیا جا سکتا ہے۔ بائنری مرکب کے معاملے میں، جھلی کے پار پرجاتیوں i کا ارتکاز: اس کو شکل کا اظہار حاصل کرنے کے لیے مزید بڑھایا جا سکتا ہے: تعلقات کا استعمال کرتے ہوئے: اظہار کو اس طرح دوبارہ لکھا جا سکتا ہے: پھر استعمال کرتے ہوئے مندرجہ بالا کواڈریٹک اظہار کا حل اس طرح ظاہر کیا جا سکتا ہے: آخر میں، پارمینٹ ارتکاز کے لیے ایک اظہار درج ذیل کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے: علیحدگی یونٹ کے ساتھ، فیڈ کا ارتکاز جھلی کے پار پھیلاؤ کے ساتھ ختم ہو جاتا ہے جس کی وجہ سے جھلی میں ارتکاز اسی کے مطابق کم ہو جاتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، کل پارمیئنٹ بہاؤ (q "آؤٹ) فیڈ انلیٹ (q 'in) سے فیڈ آؤٹ لیٹ (q' out) تک جھلی کے پار پھیلاؤ کے انضمام کا نتیجہ ہے۔ اس لیے علیحدگی اکائی کی تفریقی لمبائی میں بڑے پیمانے پر توازن یہ ہے: جہاں: مرکب کی بائنری نوعیت کی وجہ سے، صرف ایک نوع کا جائزہ لینے کی ضرورت ہے۔ فنکشن n 'i = n' i (x) کو تجویز کرتے ہوئے، انواع کے توازن کو اس طرح دوبارہ لکھا جا سکتا ہے: جہاں: آخر میں، فی یونٹ جھلی کی لمبائی کے لیے درکار رقبے کو درج ذیل اظہار سے حاصل کیا جا سکتا ہے: فلو گیس کے دھاروں میں کاربن کی گرفت کے لیے میمبرین مواد جھلی کا مواد مطلوبہ کارکردگی کی خصوصیات فراہم کرنے کی صلاحیت میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ اعلی پارگمیتا اور کافی انتخاب کے ساتھ جھلی کا ہونا بہترین ہے اور جھلی کی خصوصیات کو نظام کے آپریٹنگ حالات (مثال کے طور پر دباؤ اور گیس کی ساخت) سے ملانا بھی ضروری ہے۔ مصنوعی جھلی مختلف قسم کے پولیمرز سے بنائے جاتے ہیں جن میں پولی تھیلین، پولیمائڈز، پولیمائڈز، سیلولوز ایسیٹیٹ، پولی سلفون اور پولی ڈائی میتھائل سائلوکسین شامل ہیں۔ پولیمر میمبرینز پولیمرک میمبرینز مختلف صنعتوں یعنی پیٹروکیمیکلز میں ٹیکنالوجی کی پختگی کی وجہ سے فلو گیس سے کاربن ڈائی آکسائیڈ کو پکڑنے میں استعمال کے لیے ایک عام آپشن ہیں۔ مثالی پولیمر جھلی میں اعلی انتخاب اور پارگمیتا دونوں ہوتے ہیں۔ پولیمر جھلی ان نظاموں کی مثالیں ہیں جن پر محلول کے پھیلاؤ کے طریقہ کار کا غلبہ ہے۔ جھلی میں ایسے سوراخ ہوتے ہیں جنہیں گیس تحلیل کر سکتی ہے (گھلنشیلتا) اور مالیکیول ایک گہا سے دوسرے میں منتقل ہو سکتے ہیں (پھیلاؤ)۔ یہ 1990 کی دہائی کے اوائل میں روبیسن نے دریافت کیا تھا کہ زیادہ سلیکٹیوٹی والے پولیمر میں پارگمیتا کم ہوتی ہے اور اس کے برعکس درست ہے ؛ کم سلیکٹیوٹی والے مواد میں پارگمیتا زیادہ ہوتی ہے۔ اس کی سب سے اچھی مثال روبیسن پلاٹ میں دی گئی ہے جہاں سلیکٹیویٹی کو CO2 پارگمیتا کے فنکشن کے طور پر پلاٹ کیا گیا ہے۔ اس پلاٹ میں، سلیکٹیویٹی کی اوپری حد تقریبا پارگمیتا کا ایک لکیری فنکشن ہے۔ یہ پایا گیا کہ پولیمر میں گھلنشیلتا زیادہ تر مستقل ہوتی ہے لیکن پھیلاؤ کے گتانک نمایاں طور پر مختلف ہوتے ہیں اور یہی وہ جگہ ہے جہاں مواد کی انجینئرنگ ہوتی ہے۔ کچھ حد تک بدیہی طور پر، سب سے زیادہ پھیلاؤ گتانک والے مواد میں زیادہ کھلی سوراخ کی ساخت ہوتی ہے، اس طرح انتخاب کی صلاحیت ختم ہو جاتی ہے۔ دو طریقے ہیں جو محققین روبیسن کی حد کو توڑنے کے لیے استعمال کر رہے ہیں، ان میں سے ایک شیشے والے پولیمر کا استعمال ہے جس کے مرحلے کی منتقلی اور مکینیکل خصوصیات میں تبدیلیوں سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ مواد مالیکیولز کو جذب کر رہا ہے اور اس طرح اوپری حد سے تجاوز کر جاتا ہے۔ روبیسن کی حد کی حدود کو آگے بڑھانے کا دوسرا طریقہ آسان نقل و حمل کا طریقہ ہے۔ جیسا کہ پہلے بیان کیا گیا ہے، پولیمر کی گھلنشیلتا عام طور پر کافی مستقل ہوتی ہے لیکن آسان نقل و حمل کا طریقہ انتخاب کو تبدیل کیے بغیر ایک جزو کی پارگمیتا کو بڑھانے کے لیے کیمیائی رد عمل کا استعمال کرتا ہے۔ نینوپورس جھلی بنیادی طور پر پولیمر پر مبنی جھلی سے اس لحاظ سے مختلف ہیں کہ ان کی کیمسٹری مختلف ہے اور یہ کہ وہ مختلف وجوہات کی بناء پر روبیسن کی حد پر عمل نہیں کرتے ہیں۔ نینوپورس جھلی کی آسان شکل مثال کے طور پر جھلی کے ڈھانچے کا ایک چھوٹا سا حصہ ظاہر کرتی ہے جس میں سوراخ اور کھڑکیاں ہوتی ہیں۔ سفید حصہ اس علاقے کی نمائندگی کرتا ہے جہاں انو حرکت کر سکتا ہے اور نیلے رنگ کے سایہ دار علاقے ساخت کی دیواروں کی نمائندگی کرتے ہیں۔ ان جھلیوں کی انجینئرنگ میں، کیویٹی (Lcy x Lcz) اور ونڈو ریجن (Lwy x Lwz) کے سائز میں ترمیم کی جا سکتی ہے تاکہ مطلوبہ پارگمیتا حاصل کی جا سکے۔ یہ دکھایا گیا ہے کہ جھلی کی پارگمیتا جذب اور پھیلاؤ کی پیداوار ہے۔ کم لوڈنگ کے حالات میں، جذب کا حساب ہنری گتانک کے ذریعے کیا جا سکتا ہے۔ اگر یہ فرض کیا جائے کہ اس ساخت سے گزرتے وقت کسی ذرہ کی توانایٔی تبدیل نہیں ہوتی ہے، تو صرف انووں کی اینٹروپی کھلنے کے سائز کی بنیاد پر تبدیل ہوتی ہے۔ اگر ہم پہلے کیویٹی جیومیٹری میں ہونے والی تبدیلیوں پر غور کریں، تو کیویٹی جتنی بڑی ہوگی، جذب شدہ مالیکیولز کی اینٹروپی اتنی ہی بڑی ہوگی جو اس طرح ہنری گتانک کو بڑا بناتی ہے۔ پھیلاؤ کے لیے، اینٹروپی میں اضافہ آزاد توانائی میں کمی کا باعث بنے گا جس کے نتیجے میں پھیلاؤ گتانک میں کمی واقع ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، ونڈو جیومیٹری کو تبدیل کرنے سے بنیادی طور پر مالیکیولز کے پھیلاؤ پر اثر پڑے گا نہ کہ ہنری گتانک پر۔ خلاصہ یہ ہے کہ، مندرجہ بالا آسان تجزیہ کا استعمال کرتے ہوئے، یہ سمجھنا ممکن ہے کہ روبوسن لائن کی اوپری حد نینو اسٹرکچرز کے لیے کیوں نہیں ہے۔ تجزیہ میں، پھیلاؤ اور ہنری گتانک دونوں کو مواد کی پارگمیتا کو متاثر کیے بغیر تبدیل کیا جا سکتا ہے جو اس طرح پولیمر جھلی کے لیے اوپری حد سے تجاوز کر سکتا ہے۔ سلیکا جھلی میسوپورس ہوتی ہیں اور انہیں اعلی یکسانیت (پوری جھلی میں ایک ہی ساخت) کے ساتھ بنایا جا سکتا ہے۔ ان جھلیوں کی اعلی سوراخ داری انہیں بہت زیادہ پارگمیتا دیتی ہے۔ ترکیب شدہ جھلیوں میں ہموار سطحیں ہوتی ہیں اور انتخاب کو نمایاں طور پر بہتر بنانے کے لیے سطح پر ان میں ترمیم کی جا سکتی ہے۔ امائن پر مشتمل مالیکیولز (سطح کے سلانول گروپوں پر) کے ساتھ سلیکا جھلی کی سطحوں کو فعال بنانا جھلیوں کو فلو گیس کے دھاروں سے CO2 کو زیادہ مؤثر طریقے سے الگ کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ خشک فلو گیس کے دھاروں کے مقابلے گیلے فلو گیس کے دھاروں کے لیے سطح کی فعالیت (اور اس طرح کیمسٹری) کو زیادہ موثر بنایا جا سکتا ہے۔ اگرچہ پہلے، سلیکا جھلی اپنی تکنیکی توسیع پذیری اور لاگت کی وجہ سے ناقابل عمل تھی (انہیں بڑے پیمانے پر اقتصادی انداز میں تیار کرنا بہت مشکل ہے)، کھوکھلی پولیمرک سپورٹ پر سلیکا جھلی تیار کرنے کے ایک آسان طریقہ کار کے مظاہرے ہوئے ہیں۔ یہ مظاہر اس بات کی نشاندہی کرتے ہیں کہ اقتصادی مواد اور طریقے مؤثر طریقے سے CO2 اور N2 کو الگ کر سکتے ہیں۔ ترتیب شدہ میسوپورس سلیکا میمبرینز نے سطح میں ترمیم کے لیے کافی صلاحیت ظاہر کی ہے جو کاربن ڈائی آکسائیڈ کی علیحدگی میں آسانی کی اجازت دیتی ہے۔ امینوں کے ساتھ سطح کی فعالیت کاربامیٹس (CO2 کے بہاؤ کے دوران) کی بدلنے والی تشکیل کا باعث بنتی ہے، جس سے CO2 کی انتخابی صلاحیت میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے۔ زیولائٹ جھلی زیولائٹس کرسٹل لائن ایلومینیمسیلیکیٹس ہیں جن میں سالماتی سائز کے سوراخوں کی باقاعدہ تکراری ساخت ہوتی ہے۔ زیولائٹ جھلی سوراخ کے سائز اور قطعیت کی بنیاد پر منتخب طور پر مالیکیولز کو الگ کرتی ہیں اور اس طرح مخصوص گیس کی علیحدگی کے عمل کے لیے انتہائی موزوں ہوتی ہیں۔ عام طور پر، چھوٹے مالیکیول اور مضبوط زیولائٹ جذب کرنے کی خصوصیات والے بڑے انتخاب کے ساتھ زیولائٹ جھلی پر جذب ہوتے ہیں۔ سالماتی سائز اور جذب وابستگی دونوں کی بنیاد پر امتیازی سلوک کرنے کی صلاحیت زیولائٹ جھلی کو N2، CH4، اور H2 سے CO2 کی علیحدگی کے لیے ایک پرکشش امیدوار بناتی ہے۔ سائنس دانوں نے پایا ہے کہ زیولائٹس پر جذب ہونے والی گیس فیز اینتھالپی (حرارت) میں مندرجہ ذیل اضافہ ہوتا ہے: H2 <CH4 <N2 <CO2۔ عام طور پر یہ قبول کیا جاتا ہے کہ کاربن ڈائی آکسائیڈ میں سب سے زیادہ جذب توانائی ہوتی ہے کیونکہ اس میں سب سے بڑا کواڈروپول مومنٹ ہوتا ہے، اس طرح چارج شدہ یا قطبی زیولائٹ سوراخوں کے لیے اس کا لگاؤ بڑھتا ہے۔ کم درجہ حرارت پر، زیولائٹ جذب کرنے کی صلاحیت زیادہ ہوتی ہے اور جذب شدہ CO2 مالیکیولز کا زیادہ ارتکاز دیگر گیسوں کے بہاؤ کو روکتا ہے۔ لہذا، کم درجہ حرارت پر، کاربن ڈائی آکسائیڈ منتخب طور پر زیولائٹ کے سوراخوں کے ذریعے پھیلتی ہے۔ کئی حالیہ تحقیقی کوششوں نے نئی زیولائٹ جھلیوں کو تیار کرنے پر توجہ مرکوز کی ہے جو کم درجہ حرارت کو روکنے والے مظاہر سے فائدہ اٹھا کر کاربن ڈائی آکسائیڈ کے انتخاب کو زیادہ سے زیادہ کرتی ہیں۔ محققین نے Y-قسم (Si: Al> 3) زیولائٹ جھلی کی ترکیب کی ہے جو CO2/N2 اور CO2/CH4 مرکب کے لیے بالترتیب 100 اور 21 کے کمرے کے درجہ حرارت کے علیحدگی کے عوامل کو حاصل کرتی ہے۔ ڈی ڈی آر قسم اور ایس اے پی او-34 جھلیوں نے بھی مختلف قسم کے دباؤ اور فیڈ کمپوزیشن پر سی او 2 اور سی ایچ 4 کو الگ کرنے میں امید ظاہر کی ہے۔ ایس اے پی او-34 جھلی، نائٹروجن منتخب ہونے کی وجہ سے، قدرتی گیس کو میٹھا کرنے کے عمل کے لیے بھی مضبوط دعویدار ہیں۔ محققین نے ہائیڈرو کاربن سے H2 کو الگ کرنے کے لیے زیولائٹ جھلی کو استعمال کرنے کی بھی کوشش کی ہے۔ ہائیڈروجن کو بڑے ہائیڈرو کاربن جیسے C4H10 سے زیادہ انتخاب کے ساتھ الگ کیا جا سکتا ہے۔ یہ سالماتی چھیدنے کے اثر کی وجہ سے ہے کیونکہ زیولائٹس کے سوراخ H2 سے بہت بڑے ہوتے ہیں، لیکن ان بڑے ہائیڈرو کاربن سے چھوٹے ہوتے ہیں۔ چھوٹے ہائیڈرو کاربن جیسے CH4، C2H6، اور C3H8 اتنے چھوٹے ہوتے ہیں کہ سالماتی چھان بین سے الگ نہیں ہوتے۔ محققین نے اعلی درجہ حرارت پر علیحدگی انجام دیتے وقت ہائیڈروجن کی زیادہ انتخابی صلاحیت حاصل کی، ممکنہ طور پر مسابقتی جذب کے اثر میں کمی کے نتیجے میں۔ دھاتی نامیاتی فریم ورک (ایم او ایف) جھلی زیولائٹک امیڈازولیٹ فریم ورک (زیڈ آئی ایف) میں پیش رفت ہوئی ہے، جو دھاتی نامیاتی فریم ورک (ایم او ایف) کی ایک ذیلی کلاس ہے، جس نے انہیں فلو گیس کے دھاروں سے کاربن ڈائی آکسائیڈ کی علیحدگی کے لیے مفید ہونے کی اجازت دی ہے۔ ایم او ایف کو جھلی کے طور پر استعمال کرنے کی اہمیت کو ظاہر کرنے کے لیے وسیع ماڈلنگ کی گئی ہے۔ ایم او ایف مواد جذب پر مبنی ہوتے ہیں، اور اس طرح انتخاب کو حاصل کرنے کے لیے ترتیب دیا جا سکتا ہے۔ ایم او ایف سسٹمز کی خرابی فلو گیس کے دھاروں میں موجود پانی اور دیگر مرکبات میں استحکام ہے۔ منتخب مواد، جیسے ZIF-8، نے پانی اور بینزین میں استحکام کا مظاہرہ کیا ہے، مواد اکثر فلو گیس کے مرکب میں موجود ہوتے ہیں۔ زیڈ آئی ایف-8 کو سوراخ دار الومینا سپورٹ پر جھلی کے طور پر ترکیب کیا جا سکتا ہے اور یہ فلو گیس کے دھاروں سے سی او 2 کو الگ کرنے میں موثر ثابت ہوا ہے۔ Y قسم کی زیولائٹ جھلیوں کے لیے اسی طرح کی CO2/CH4 انتخاب پر، ZIF-8 جھلیاں بے مثال CO2 پارگمیتا حاصل کرتی ہیں، جو پچھلے معیار سے زیادہ شدت کے دو درجے ہیں۔ پیرووسکائٹ جھلی پیرووسکائٹ مخلوط دھاتی آکسائڈ ہیں جن کی اچھی طرح سے وضاحت شدہ کیوبک ساخت اور اے بی او 3 کا عمومی فارمولا ہے، جہاں اے ایک الکلائن ارتھ یا لینتھانائڈ عنصر ہے اور بی ایک منتقلی دھات ہے۔ دھات کے مقامات کی مطابقت کے ساتھ ساتھ بلند درجہ حرارت پر ان کے استحکام کی وجہ سے یہ مواد کاربن ڈائی آکسائیڈ کی علیحدگی کے لیے پرکشش ہیں۔ این 2 سے سی او 2 کی علیحدگی کی تحقیقات ایک α-ایلومینیم جھلی کے ساتھ کی گئی تھی جو بی اے ٹی آئی او 3 سے متاثر تھی۔ یہ پایا گیا کہ کاربن ڈائی آکسائیڈ اور مواد کے درمیان اینڈوتھرمک تعامل کی وجہ سے اعلی درجہ حرارت پر کاربن ڈائی آکسائیڈ کا جذب سازگار تھا، جس سے متحرک کاربن ڈائی آکسائیڈ کو فروغ ملتا ہے جس سے کاربن ڈائی آکسائیڈ کے جذب سے خارج ہونے کی شرح اور سطح کے پھیلاؤ میں اضافہ ہوتا ہے۔ CO2 سے N2 کا تجرباتی علیحدگی عنصر 100 ڈگری سیلسیس سے 500 ڈگری سیلسیس پر 1.1-1.2 پایا گیا، جو کہ نوڈسن کے پھیلاؤ کی پیش گوئی کردہ علیحدگی عنصر کی حد 0.8 سے زیادہ ہے۔ اگرچہ جھلی میں پائے جانے والے پن ہول کی وجہ سے علیحدگی کا عنصر کم تھا، لیکن یہ CO2 کی علیحدگی کے لیے ان کی انتخابی سطح کی کیمسٹری میں پیرووسکائٹ مواد کی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے۔ دیگر جھلی ٹیکنالوجیز خاص معاملات میں دیگر مواد استعمال کیے جا سکتے ہیں ؛ مثال کے طور پر، پیلیڈیم جھلی صرف ہائیڈروجن کی نقل و حمل کی اجازت دیتی ہیں۔ پیلیڈیم جھلیوں کے علاوہ (جو عام طور پر کم درجہ حرارت پر مرکب دھات کے ٹوٹنے کو روکنے کے لیے پیلیڈیم سلور مرکب ہوتے ہیں) غیر قیمتی دھات کے متبادل تلاش کرنے کے لیے ایک اہم تحقیقی کوشش بھی کی جا رہی ہے۔ اگرچہ جھلی کی سطح پر تبادلے کی سست حرکیات اور متعدد ڈیوٹی سائیکلوں کے بعد یا ٹھنڈک کے دوران جھلیوں میں دراڑیں پڑنے یا منتشر ہونے کا رجحان ابھی تک مکمل طور پر حل نہیں ہوئے ہیں۔ تعمیراتی میمبرین عام طور پر تین ماڈیولز میں سے کسی ایک میں موجود ہوتے ہیں: دھات کے ماڈیول میں کھوکھلی فائبر بنڈل پلیٹ اور فریم ماڈیول میں سرپل وارڈ بنڈل جو پلیٹ اور فریم ہیٹ ایکسچینجر کی طرح بنائے جاتے ہیں۔ استعمال میمبرین کا استعمال اس میں کیا جاتا ہے: نائٹروجن یا آکسیجن کو ہوا سے الگ کرنا (عام طور پر صرف 99.5% تک) نائٹروجن اور میتھین جیسی گیسوں سے ہائیڈروجن کا علیحدگی امونیا پلانٹس کے پروڈکٹ اسٹریمز سے ہائیڈروجن کی بازیابی تیل ریفائنری کے عمل میں ہائیڈروجن کی بازیابی بائیو گیس کے دیگر اجزاء سے میتھین کی علیحدگی طبی یا دھاتی مقاصد کے لیے آکسیجن کے ذریعے ہوا کی افزودگی۔ پانی کے اندر غوطہ خوری کے لیے نائٹروکس سانس لینے والی گیس کی تجارتی پیداوار کے لیے استعمال ہونے والے طریقوں میں سے ایک۔ ایندھن کے ٹینک کے دھماکوں کو روکنے کے لیے بنائے گئے انٹنگ سسٹمز میں نائٹروجن کے ذریعے آلوج کی افزودگی قدرتی گیس اور دیگر گیسوں سے پانی کے بخارات کو ہٹانا قدرتی گیس (پولیمائڈ جھلی) سے ایس او 2، سی او 2 اور ایچ 2 ایس کو ہٹانا اخراج کے دھاروں کی ہوا سے اتار چڑھاؤ والے نامیاتی مائع (وی او ایل) کو ہٹانا ہوا کی علیحدگی کیمیائی اور دہن کے عمل سمیت متعدد طبی اور صنعتی ایپلی کیشنز کے لیے آکسیجن سے بھرپور ہوا کی بہت زیادہ مانگ ہے۔ اعلی طہارت والی آکسیجن اور نائٹروجن کی بڑی مقدار کی پیداوار کے لیے تجارتی ہوا کو الگ کرنے کے لیے کریوجینک آستین کاری ایک پختہ ٹیکنالوجی ہے۔ تاہم، یہ ایک پیچیدہ عمل ہے، توانائی سے بھرپور ہے، اور عام طور پر چھوٹے پیمانے کی پیداوار کے لیے موزوں نہیں ہے۔ پریشر سوئنگ ایڈسورپشن عام طور پر ہوا کی علیحدگی کے لیے بھی استعمال ہوتا ہے اور درمیانی پیداوار کی شرحوں پر اعلی طہارت والی آکسیجن بھی پیدا کر سکتا ہے، لیکن اس کے لیے اب بھی کافی جگہ، اعلی سرمایہ کاری اور اعلی توانائی کی کھپت کی ضرورت ہوتی ہے۔ جھلی گیس کو الگ کرنے کا طریقہ ایک نسبتا کم ماحولیاتی اثر اور پائیدار عمل ہے جو مسلسل پیداوار، سادہ آپریشن، کم دباؤ/درجہ حرارت کی ضروریات، اور کمپیکٹ جگہ کی ضروریات فراہم کرتا ہے۔ جھلیوں کے ساتھ کاربن ڈائی آکسائیڈ کی گرفت کی موجودہ صورتحال فلو گیس کے دھاروں سے کاربن کو پکڑنے کے لیے جذب یا جذب کرنے کے بجائے جھلیوں کو استعمال کرنے کے لیے بہت زیادہ تحقیق کی گئی ہے، تاہم، کوئی موجودہ منصوبہ موجود نہیں ہے جو جھلیوں کو استعمال کرتا ہو۔ مواد میں نئی پیشرفتوں کے ساتھ عمل انجینئرنگ سے پتہ چلتا ہے کہ مسابقتی ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں جھلی میں کم توانائی کے جرمانے اور لاگت کی سب سے زیادہ صلاحیت ہوتی ہے۔ پس منظر آج، جھلیوں کو تجارتی علیحدگی کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جس میں شامل ہیں: ہوا سے N2، ہیبر-بش کے عمل میں امونیا سے H2، قدرتی گیس کی صفائی، اور ترتیری سطح پر تیل کی بازیابی کی فراہمی میں اضافہ۔ سنگل اسٹیج جھلی کی کارروائیوں میں ایک واحد جھلی شامل ہوتی ہے جس کی ایک انتخابی قدر ہوتی ہے۔ واحد مرحلے والی جھلیوں کو سب سے پہلے قدرتی گیس کی صفائی میں استعمال کیا گیا، جس سے CO2 کو میتھین سے الگ کیا گیا۔ سنگل اسٹیج میمبرینز کا ایک نقصان سنگل سلیکٹیویٹی ویلیو کی طرف سے عائد کردہ رکاوٹوں کی وجہ سے پارمیٹ میں پروڈکٹ کا نقصان ہے۔ سلیکٹیویٹی میں اضافہ کرنے سے پارمیٹ میں گمشدہ پروڈکٹ کی مقدار کم ہو جاتی ہے، لیکن یہ فلو اسٹریم کی مساوی مقدار پر کارروائی کرنے کے لیے بڑے دباؤ کے فرق کی ضرورت کی قیمت پر آتا ہے۔ عملی طور پر، اقتصادی طور پر زیادہ سے زیادہ دباؤ کا تناسب تقریبا 5:1 ہے۔ جھلی کے پارگمیٹ میں پروڈکٹ کے نقصان سے نمٹنے کے لیے، انجینئر "جھرن کے عمل" کا استعمال کرتے ہیں جس میں پارگمیٹ کو دوبارہ کمپریس کیا جاتا ہے اور اضافی، اعلی انتخابی جھلیوں کے ساتھ انٹرفیس کیا جاتا ہے۔ برقرار رکھے ہوئے دھاروں کو ری سائیکل کیا جا سکتا ہے، جس سے مصنوعات کی بہتر پیداوار حاصل ہوتی ہے۔ ملٹی اسٹیج عمل کی ضرورت سنگل اسٹیج میمبرین ڈیوائسز پارمیٹ ندی میں الگ شدہ مواد کے زیادہ ارتکاز کو حاصل کرنے کے لیے ممکن نہیں ہیں۔ یہ دباؤ کے تناسب کی حد کی وجہ سے ہے جو معاشی طور پر حد سے تجاوز کرنا غیر حقیقی ہے۔ لہذا، پرمیٹ ندی کو مرتکز کرنے کے لیے ملٹی اسٹیج میمبرینز کا استعمال ضروری ہے۔ دوسرے مرحلے کا استعمال کم جھلی کے رقبے اور طاقت کو استعمال کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ اس کی وجہ دوسرے مرحلے سے گزرنے والے زیادہ ارتکاز کے ساتھ ساتھ پمپ کے عمل کے لیے گیس کا کم حجم ہے۔ دیگر عوامل، جیسے کہ ایک اور مرحلہ شامل کرنا جو ندی کو مرتکز کرنے کے لیے ہوا کا استعمال کرتا ہے، فیڈ ندی کے اندر ارتکاز میں اضافہ کرکے لاگت کو مزید کم کرتا ہے۔ اضافی طریقے جیسے کہ متعدد اقسام کے علیحدگی کے طریقوں کو یکجا کرنا اقتصادی عمل کے ڈیزائن بنانے میں تغیر کی اجازت دیتا ہے۔ ہائبرڈ عمل میں میمبرین کا استعمال ہائبرڈ عمل کی گیس کی علیحدگی کے ساتھ طویل تاریخ ہے۔ عام طور پر، جھلیوں کو پہلے سے موجود عمل میں اس طرح مربوط کیا جاتا ہے کہ انہیں پہلے سے موجود کاربن کیپچر سسٹم میں دوبارہ نصب کیا جا سکے۔ ایم ٹی آر، میمبرین ٹیکنالوجی اینڈ ریسرچ انکارپوریٹڈ، اور یو ٹی آسٹن نے کاربن ڈائی آکسائیڈ کی گرفت کے لیے جذب اور جھلی دونوں کا استعمال کرتے ہوئے ہائبرڈ عمل بنانے کے لیے کام کیا ہے۔ سب سے پہلے، پائپرازین کو سالوینٹ کے طور پر استعمال کرنے والا ایک جذب کالم فلو گیس میں تقریبا نصف کاربن ڈائی آکسائیڈ کو جذب کرتا ہے، پھر جھلی کے استعمال کے نتیجے میں 90 فیصد قبضہ ہوتا ہے۔ ایک متوازی ترتیب بھی ہے، جس میں جھلی اور جذب کے عمل بیک وقت ہوتے ہیں۔ عام طور پر، یہ عمل سب سے زیادہ موثر ہوتے ہیں جب کاربن ڈائی آکسائیڈ کا سب سے زیادہ مواد امین جذب کالم میں داخل ہوتا ہے۔ ہائبرڈ ڈیزائن کے عمل کو شامل کرنے سے فوسل فیول پاور پلانٹس میں دوبارہ فٹ ہونے کی اجازت ملتی ہے۔ ہائبرڈ عمل کریوجینک آستین اور جھلی کا بھی استعمال کر سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ہائیڈروجن اور کاربن ڈائی آکسائیڈ کو الگ کیا جا سکتا ہے، پہلے کریوجینک گیس کی علیحدگی کا استعمال کرتے ہوئے، جس کے ذریعے زیادہ تر کاربن ڈائی آکسائیڈ پہلے باہر نکلتی ہے، پھر بقیہ کاربن ڈائی آکسائیڈ کو الگ کرنے کے لیے جھلی کے عمل کا استعمال کرتے ہوئے، جس کے بعد اسے کریوجینک علیحدگی کی مزید کوششوں کے لیے ری سائیکل کیا جاتا ہے۔ لاگت کا تجزیہ لاگت جھلی CO2 علیحدگی کے مرحلے میں دباؤ کے تناسب کو 5 کی قدر تک محدود کرتی ہے۔ زیادہ دباؤ کا تناسب جھلی کے عمل کا استعمال کرتے ہوئے CO2 کی گرفت کے لیے کسی بھی معاشی عملداری کو ختم کرتا ہے۔ حالیہ مطالعات نے یہ ظاہر کیا ہے کہ جھلی کا استعمال کرتے ہوئے کثیر مرحلے والے CO2 کی گرفت/علیحدگی کے عمل پرانی اور زیادہ عام ٹیکنالوجیز جیسے امین پر مبنی جذب کے ساتھ معاشی طور پر مسابقتی ہو سکتے ہیں۔ فی الحال، جھلی اور امین پر مبنی جذب کے عمل دونوں کو 90 ٪ CO2 کی گرفت کی شرح حاصل کرنے کے لیے ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔ اوسطا 600 میگاواٹ کے کوئلے سے چلنے والے پاور پلانٹ میں کاربن کیپچر کے لیے، امین پر مبنی جذب کا استعمال کرتے ہوئے CO2 کیپچر کی لاگت $40-100 فی ٹن CO2 رینج میں ہے، جبکہ موجودہ جھلی ٹیکنالوجی (بشمول موجودہ عمل ڈیزائن اسکیمیں) کا استعمال کرتے ہوئے CO2 کیپچر کی لاگت تقریبا $23 فی ٹن CO2 ہے۔ مزید برآں، اوسطا 600 میگاواٹ کے کوئلے سے چلنے والے پاور پلانٹ میں امین پر مبنی جذب کے عمل کو چلانے سے پاور پلانٹ سے پیدا ہونے والی توانائی کا تقریبا 30 فیصد استعمال ہوتا ہے، جبکہ جھلی کے عمل کو چلانے کے لیے پیدا ہونے والی توانائی کا تقریبا 16 فیصد درکار ہوتا ہے۔ کاربن ڈائی آکسائیڈ کی نقل و حمل (مثلا۔ ارضیاتی سیکویسٹریشن سائٹس، یا ای او آر کے لیے استعمال ہونے کے لیے) تقریبا 2 سے 5 ڈالر فی ٹن کاربن ڈائی آکسائیڈ کی لاگت آتی ہے۔ یہ لاگت تمام قسم کے کاربن ڈائی آکسائیڈ کی گرفت/علیحدگی کے عمل جیسے جھلی کی علیحدگی اور جذب کے لیے یکساں ہے۔ پکڑے گئے کاربن ڈائی آکسائیڈ کے ڈالر فی ٹن کے لحاظ سے، اس وقت زیر مطالعہ سب سے کم مہنگے جھلی کے عمل ملٹی اسٹیپ کاؤنٹر کرنٹ فلو/سویپ کے عمل ہیں۔ یہ بھی دیکھیں حوالہ جات علیحدگی کے عمل گیس ٹیکنالوجیز میمبرین ٹیکنالوجی صنعتی گیسیں ڈی: Gastrennung#Membranverfahren