بخشی از مقاله
چکیده
افزودنی های مختلف با جرم مولکولی متفاوت به محلول های پلیمری بر ساختار و عملکرد غشاء تاثیر می گذارد، در نتیجه این عامل تاثیر مستقیمی بر نرخ جداسازی غشاء می گذارد، براساس نوع و جرم مولکولی مواد آلاینده موجود در آب بایستی نوع افزودنی اضافه شده به محلول پلیمری متفاوت باشد بعضی افزودنی ها باعث افزایش شار و بعضی باعث کاهش شار عبوری می شوند و افزودنی های مختلف تاثیر متفاوت بر سایز و تعداد سوراخ ها در غشاء دارند، در این تحقیق غشاء پلی اتر سولفون، به روش ترسیب در سه سطح 0/05 - ، 0/15 و 0 /25درصد وزنی-وزنی - ساخته شد و پلی اتیلن امین به عنوان افزودنی در سه سطح - 0/00، 0/13 و 0/25 درصد وزنی-وزنی - به آن اضافه گردید، سپس غشاهای ساخته شده در سه سطح دمایی - 20، 35 و 50 درجه سانتی گراد - ، تعدیل شدند. برای ارزیابی قطر حفرات،از غشاها SEM گرفته شد؛ بر اساس نتایج بدست آمده مشخص شد که، اندازه قطر حفرات غشاء با افزایش پلی اتیلن امین کاهش یافت، و با افزایش غلظت پلی اتیلن امین، ساختار و بافت غشاء از حالت انگشتی به حالت اسفنجی تبدیل شد.
کلمات کلیدی :
غشاء، پلی اتر سولفون، پلی اتیلن امین، قطر حفره، بافت.
-1مقدمه
آب مایع حیات و فراوان ترین ماده مرکب بر روی سطح کره زمین و بستر اولیه حیات بوده است. با توجه به رشد جمعیت و کاربرد فزاینده آب درفعالیتهای اقتصادی و مسائل زیست محیطی، آب را بیش از پیش هم کمیاب و هم با ارزش اقتصادی گردانده است، آب خالص برای مصارف مختلف در طبیعت وجود ندارد بنابراین آبهای طبیعی نیاز به تصفیه دارند روشهای تصفیه آب با توجه به نوع و میزان آلایندهای موجود در آب، نوع و میزان مصرف آب و همچنین شرایط محیطی واقلیمی منطقه با یکدیگر فرق می کند.[1]
معضلات اصلی موجود در آب که می بایست نسبت به حذف آنها اقدام کنیم عبارتند از، آلودگی میکروبی به دلیل وجود میکروارگانسیم های بیماری زا در آب مانند: ویروس ها، میکروب ها، انگلها، آمیب ها و ...، ترکیبات موجود در آب مانند: نیترات و نیتریت، سولفات ، آهن، منگنز ، جامدات معلق و ... ،گازهای شیمیایی محلول در آب مثل :کلر، دی اکسید کربن و ... -4 بو و طعم نامطبوع آب.[2 ]
لزوم تصفیه آب و ورود آن به چرخه صنعت به 3 هدف انجام می شود، که عبارتند از: -1 بهداشت همگانی: پساب تولید شده دارای مواد میکروارگانیزم هایی است که برای سلامت بشر می تواند بسیار مضر باشد، و از طریق ورود به منابع آبی و محیط زیست باعث گسترش آلودگی گردد. -2نظم محیط زیست: در اثر بارندگی یا بارش برف، آبهاای ساطحی به دلیل نفوذپذیری کم سطح خیابانها می تواند طغیاان نمایند و نظام زندگی شهری را به هم بزند، لذا جمع آوری آبهای سطحی توسط یک سیستم جمع آوری بسیار ضروری است. -3کاربرد مجدد پساب تصفیه شده: مناابع آب شیرین بسیار محدود است، پساب تصفیه شده منابع بسیار مناسبی برای مصارف آبیاری،کشاورزی و غیر بهداشتی نظیر شست و شو می تواند باشد .[1 ]
متداول ترین روش های تصفیه آب عبارتند از، استفاده از آشغالگیرها، حوضچه های ته نشینی و فیلتر های شنی برای حذف ذرات معلق و زلال و شفاف کردن آب، استفاده از تصفیه آب به روش تبادل یونی برای کاهش سختی آب و جلوگیری از رسوب گذاری، گندزدایی آب به روش های شیمیایی مانند کلر زنی و ازن زنی، تصفیه آب به روش اسمز معکوس برای حذف کلیه ناخالصی های محلول در آب و حذف سختی و سنگینی آب، تصفیه آب به روش های اولترافیلتراسیون و استفاده از اشعه ماورای بنفش با هدف گندزدایی آب و تصفیه آب به روش نانو فیلتراسیون که به منظور حذف کلیه مواد ذرات معلق، ویروس ها و باکتری های آب و میکروارگانیزم هاست.[3]
یکی از روش های مهم در تصفیه، استفاده از فرآیندهای غشایی است. فرآیندهای غشایی انواع متفاوتی دارد که مهم ترین آنها که در تصفیه آب کاربرد بیشتری دارند عبارتند از میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس است .[4 ]
از طرفی با توجه به مشکلات زیست محیطی ناشی از تخلیه پساب روغنهای امولسیون شونده، فاضلاب این روغنها قبل از تخلیه به محیط زیست بایستی مورد تصفیه قرار گیرد. برخی از مهمترین روشهای جداسازی امولسیونهای روغن عبارتند از، افزودن عوامل ازبین برنده امولسیون، تنظیم pH ، ته نشینی گراویتی یا سانتریفوزی، استفاده از میدان الکتریکی و استفاده از غشاء؛ استفاده از غشاء برای تصفیه پساب دارای امولسیونهای روغنی نسبت به سایر روش های جداسازی امولسیونهای روغن از آب دارای مزایایی چون انتخاب پذیری بالا، کنترل فرایند، سادگی و هزینه های عملیاتی پایین تر نسبت به فرایند های موجود می باشد5 ]،.[6
یکی از انواع غشاهایی که برای تصفیه آب کاربرد دارد غشاهای پلیمری با درصد وزنی %16 - %15 و %17 با استفاده از حلال دی پلیمری هستند که از انواع غشاهای سنتزی به حساب می آیند متیل فرمامید مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد که افزایش برای بدست آوردن این نوع غشاء پلیمر یا پلیمرهای مورد نظر با مقدار پلیاتیلن گلیکول موجب افزایش 2برابری شار عبوری گردید حلال مخلوط می شوند و با استفاده از یک ضد حلال غشای و ساختار غشاء از انگشت مانند به ساختار اسفنجی تغییر شکل داد.
پلیمری تهیه می شود، که براساس آلاینده موجود در آب بایستی افزایش مقدار پلیاتیلن گلیکول باعث کاهش دبی خروجی از غشاء سایز سوراخ ها، تخلخلشان، خاصیت آب دوستی و آب گریزی غشاء به میزان % 30 تا % 40 گردید و گرانروی محلول تا حدود سه برابر تغییر کند، بر این اساس نیاز به افزودنی های متفاوت است، نوع و بیشتر شد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش مقدار پلیاتیلن درصد افزودنی های بکار گرفته شده بستگی به جرم مولکولی و سایز گلیکول در محلولهای پلیمری باعث افزایش سایز سوراخها و آلاینده موجود در آب دارد که این امر موجب بهبود تصفیه آب می ضخامت پوسته گردید و موجب بزرگتر شدن فضای توخالی در شود .[1 ] حد مایکرو و ساختار پر منفذدار شد.[10 ]
اهمیت و توسعه روزافزون غشاها درصنایع مرتبط با فرایندهای هرا سوسانتوآ و همکاران - - 2009، ویژگی، عملکرد و ثبات غشاء جداسازی از یکسو و جهت دهی صددرصد این پروژه در راستای اولترافیلتراسیون تهیه شده از پلی اتر سولفون توسط روش های مباحث غشایی از سوی دیگر موجب گردید تا ضرورت ارائه تحقیقی جداسازی فاز با استفاده از مواد افزودنی مختلف ماکرومولکولی را تحت عنوان فرایندهای غشایی و روشهای ساخت غشاهای پلیمری مورد بررسی قرار دادند. غشای به دست آمده از این افزودنی غشای کاملا احساس شود. به همین جهت در این تحقیق به بررسی اثر اولترافیلتراسیون است. براساس % 15 پلیمر و % 75 از حلال -n افزودن پلی اتیلن آمین به غشاء پلی اتر سولفون براساس مطالعات متیل پیرولیدن6 نتایج نشان داد که افزودنی پرولونیک نمیتواند صورت گرفته شده پرداخته شد. پلیمر پلی اتر سولفون دارای تأثیر چندانی برافزایش شار در مقایسه با دیگر افزودنیها داشته خاصیت آب گریزی و مقاومت در برابر گرما است، این پلیمر برای باشد اما با گذشت زمان افزایش چشمگیری پیدا کرد، اما بر روی فرآیندهای جداسازی دیگری مانند: زیستی، دارویی و سترون سازی مقاومت در برابر رسوب تأثیر کافی داشت و غشای پلی اتر سولفون/ نیز کاربد فراوان دارد7]، .[ 8 پرولونیک نسبت به غشای تشکیل شده از پلیاترسولفون بدون مدائنی و میرزاده - 1383 - بررسی غشای پلیاترسولفون بدون افزودنی دارای سوراخهای بزرگتری بود.[11 ]
افزودنی و با افزودنی پلی ونیل پیرولیدن1 را بررسی کردند. دراین جهانشاهی و همکاران - - 2012 تهیه، مورفولوژی و ارزیابی عملکرد تحقیق در ابتدا غشای صفحهای از جنس پلی اتر سولفون با غشاء نانوفیلتراسیون کامپوزیت پلی اتر سولفون/ پلی وینیل الکل7 غلظتهای مختلف و با استفاده از حلال دی متیل کربنات2 بدون را مورد مطالعه قرار دادند؛ غشای به دست آمده از این افزودنی هیچگونه افزودنی ساخته و بررسی شد؛ نتایج نشان داد که، با غشای نانوفیلتراسیون است و این نوع غشاء براساس %1 پلیمر افزایش غلظت پلیمر از % 12 تا % 22 ساختار حفرها از حالت کانال وحلال دی متیل کربنات مورد بررسی قرارگرفت، با افزودن پلی مانند به سمت حفرات انگشتی مانند و ساختار غشاء به سمت وینیل الکل خاصیت آبدوستی غشاء به مقدار زیادی افزایش و نانوفیلتراسیون میل نمودند و همچنین افزایش غلظت پلیمر موجب تخلخل، ضخامت و سایز سوراخها کاهش پیدا کرد؛ به طوری که با کاهش شار خلاص گردید؛ سپس تهیه غشاء با غلظت مختلف افزودن % 2 پلی وینیل الکل به محلول پلیاترسولفون سایز سوراخها پلیمرپلی اترسولفون3 به همراه % 2/8 افزودنی پلی ونیل پیرولیدن از74/6mm به 14/1nm تا 16/8 nm کاهش پیدا کرد و سطح صورت گرفت، که مشاهده شد، با افزایش غلظت پلی ونیل پیرولیدن روی غشاء نرمتر و شار نفوذی به میزان % 50 کمتر شد .[12 ]
از صفر به % 2/5 حفرهها بزرگتر و تعداد بیشتری حفره به وجود نوُونکیم8 و همکاران - 2008 - ، تهیه و بررسی خصوصیات غشاء پلی آمدند، اما با افزایش غلظت پلی ونیل پیرولیدن از % 2/8 به % 5 اتر سولفون با افزودنی -pتولوئن سولفونیک اسید و پلی وینیل حفرات از حالت کانالهای بزرگ تبدیل به حفرات انگشت مانند پیرولیدن را مورد مطالعه قرار دادند؛ براین اساس غلظت پلیمر از شدند و با افزایش غلظت پلیاترسولفون از % 12 به % 22 در غلظت %10 تا %13 و %70 حلال دی متیل فرمامید9 به همراه مقدار %10 پلی ونیل پیرولیدن ثابت % 5 نیز تغییر ساختار حفرات به حفرات از -pتولوئن سولفونیک اسید مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان کوچکتر تبدیل شد و افزایش ناحیه اسفنجی کاملا مشهود بود.[9 ] داد که با افزایش -pتولوئن سولفونیک اسید سایز سوراخها افزایش هرا سوسانتوآ و ماتیاس اوبرچتا - 2009 - 4، اثر افزودن پلیاتیلن یافت اگرچه در بعضی موارد کاهش هم مشاهده شد و موجب تراکم گلیکول5 در غشاء پلی اتر سولفون را مورد برری قرار داد. در اینجا سوراخها نیز گردید..[13]
تأثیر افزودنی پلیاتیلن گلیکول با غلظت % 5 و % 10 و محلول
-2مواد
پلی اترسولفون با جرم مولکولی 58000g/mol و درجه خلوص بالاتر از 99/9 درصد از شرکت BASF آلمان، -n متیل- 2 پیرولیدون با درجه خلوص 99/9 درصد از شرکت مرک آلمان و پلی اتیلن امین هیدروکلراید خطی10 با جرم مولکولی g/mol 2000 و با خلوص بیش از99 درصد از شرکت سیکما آلدریچ امریکا، خریداری شدند.
-3 روش ها
-1-3 تهیه غشاء
غشاء پلیمری در سه سطح 0/05 - ، 0/15 و 0/25 درصد وزنی - وزنی - ، نسبت به پلی اتر سولفون و در سه سطح - 0/00، 0/13 و 0/25 درصد وزنی-وزنی - نسبت به پلی اتیل آمین در حلال -n متیل -2پیرولیدون تهیه گردید. به این صورت که ابتدا پلی اتر سولفون در حلال -nمتیل -2پیرولیدون حل و پلی اتیلن امین به آن اضافه شد، مخلوط حاصل در حمام آب یخ توسط همزن مغناطیسی پیوسته همزده شد تا اینکه ژل یکنواخت و همگنی حاصل گردید. سپس ژل همگن شده به آرامی و بدون تشکیل حباب به روی صفحه ی فیلم کش منتقل گردید، و با ضخامت ثابت 45 میکرون کشیده شد. فیلم های تشکیل شده به حمام رسوب دهند، حاوی آب دیونیزه در سه سطح دمایی 20 - ، 35 و 50 درجه سانتی گراد - منتقل و به مدت 15دقیقه همدما گردیدند و نهایتاً غشاها بعد از خروج از حمام به مدت 24 ساعت در دمای محیط خشک شدند9]،.[14
-2-3 تعیین اندازه قطر حفرات غشاء
مشاهده ساختار غشاهای تهیه شده تأثیر بسزایی در بررسی اثرات عوامل مختلف بر روی ساختار غشاهای حاصله و حتی پیشبینی عملکرد آنها داشت از آنجاکه چنین مشاهدهای با چشم غیرمسلح امکانپذیر نیست استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی ضرورت مییابد در این نوع میکروسکوپ بهجای نور از پرتو الکترونی استفاده میشود. از آنجایی که طول موج الکترون بسیار کوتاه است در میکروسکوپ الکترونی روبش میتوان بزرگنمایی تصاویر را بسیار بالا برد، لازم به ذکر است که در میکروسکوپ نوری گرچه میتوان با تغییر انحنای عدسیها و تعداد آنها بزرگنمایی تصاویر را زیاد کرد اما به علت بلند بودن طول موج نور تصاویر در بزرگنماییهای بالاتر از 2000 نانومتر وضوح خود را از دست میدهند در میکروسکوپ الکترونی روبشی ابتدا پرتو الکترون پر انرژی به سطح نمونه تابیده میشود، انعکاس پرتو مذکور توسط آشکارسازها جمعآوری شده وسپس تبدیل به فوتون نوری میگردد بدین ترتیب تصویر مرئی ایجاد میگردد.[14]
عکسبرداری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی اطلاعات بسیار خوبی درخصوص ساختار غشاها فراهم مینماید: -1 در تصاویر حاصله میزان کیفی تخلخل موجود در برش عرض غشاء قابل مشاهده میباشد. -2 در تصاویر بهدست آمده شکل ومیزان بزرگی حفرههای شکل گرفته در برش عرضی غشاء قابل مشاهده میباشد. -3باتوجه به تصاویر حاصله میتوان میزان دقیق ضخامت غشاهای تهیه شده را معین کرد. -4 همچنین با آنالیز تصاویر حاصله میتوان مشخصات نانوالیاف موجود در سطح را مورد بررسی قرارداد. .[15]
به منظور تصویربرداری از سطح غشاها از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل EM3200 شرکت KYKY استفاده شد. لازم به ذکر است که قبل از عکسبرداری باید نمونههای غیر رسانا با استفاده از آب طلا و پالادیم پوشش داده شوند.
-4 نتایج
نتایج آنالیز واریانس مدل سطح پاسخ برای ارزیابی قطر حفرات غشاء در جدول1، نشان داده شد است.
جدول -1 نتایج آنالیز واریانس مدل سطح پاسخ برای قطر حفرات غشاء
نمودار 1، تأثیر افزایش غلظت پلی اتر سولفون و دما بر میزان تغییرات قطر حفرات غشاء در غلظت 0/13 درصد پلی اتیلن آمین را نشان می دهد. با توجه به روند تغییرات افزایش پلی اتر سولفون و دما باعث افزایش قطر حفرات غشاء شدند . - 0/0001 >P - و همچنین تأثیر همزمان افزایش پلی اتر سولفون و افزایش دما معنی
16 شهریور 1394، IENC2015
