بخشی از مقاله
چکیده
برای آماده سازی غشا ابتدا گرانول های پلیمر پلی سولفون و 4 ماده افزودنی زئولیت، پرلیت، پوسته برنج و پوسته صدف تهیه گردید. ظرفیت جذب ترکیبات معدنی زئولیت و پرلیت، و زیستی پوسته برنج و پوسته صدف مورد بررسی قرار گرفته و در 5 اندازه 841 ، 400 ، 177، 125 و 74 میکرومتر، با الکهای استاندارد ASTM دانه بندی شدند. از بین غشاهای تهیه شده غشاهای پلی سولفون با درصد پس زنی نمک های دو ظرفیتی معادل 82 درصد و غشای زئولیتی برای نمک های یک ظرفیتی و دو ظرفیتی با 77 و 86 درصد پس زنی نمک از سایر غشاها مناسبتر بودند.
-1مقدمه
با توجه به ذخایر عظیم آب شور در دنیا - آب دریاها و اقیانوس ها - یک راه تولید آب شیرین و برطرف کردن نیاز روز افزون بشر به آب آشامیدنی، شیرین کردن آب های شور می باشد. به این فرآیند نمک زدایی نیز گفته می شود
در چند دهه گذشته، استفاده از غشاهای پلیمری به موضوعی مهم در فرایندهای جداسازی تبدیل شده است. پژوهش در زمینه اصلاح پلیمرهای رایج یا تولید مواد پلیمری جدید به عنوان زمینه ای جذاب در علوم و فناوری پلیمرها مطرح است. استفاده از فرایند فرافیلترکردن به عنوان یکی از فرایندهای مهم و پرکاربرد در این زمینه برای تصفیه آب ها و پسابهای صنایع شیمیایی، پزشکی و غذایی در حال گسترش است.
فرایندهای غشایی با داشتن مزایایی چون کاهش مصرف انرژی به دلیل عدم تغییر فاز، حجم کم و عدم نیاز به فضای زیاد، تنوع در شکل و اندازه، افت فشار کم و انتقال جرم زیاد، بالا بودن راندمان جداسازی برای محلولهای رقیق، نیاز کم به مواد افزودنی و حلالها، ساده بودن طراحی و سهولت کاربرد آنها در مقیاسهای صنعتی و همچنین به دلیل اینکه دوست دار محیط زیست هستند، از سایر روشهای جداسازی متمایز شدهاند. با این حال این روش معایبی از قبیل قطبش1 غلظتی و گرفتگی غشاها، طول عمر کوتاه، انتخاب پذیری و دبی کم عبوری از غشاها و هزینه بالای ساخت را دارد
محققین زیادی در ارتباط با نمک زدایی آب های شور به مطالعه پرداختند که به تعدادی از آن ها در ذیل اشاره می شود.
روستایی و همکاران - 1385 - با بررسی استفاده از نانوفیلتراسیون در تصفیه آبهای لب شور در چاههای کهورستان به این نتیجه رسیدند که نانوفیلتراسیون کارایی خوبی در شیرین سازی منابع آبی لب شور با هدایت الکتریکی در حد 4000 دسی زیمنس بر سانتی متر دارد.
عابدی و اصفهانی - 1391 - از نانو ذرات خاکستر پوسته برنج و بادام برای نمک زدایی آب استفاده کردند، نتایج نشان داد که بیشترین کاهش مقدار EC تا 94 درصد مربوط به نانوذرات خاکستر پوسته برنج بود.
مانیف و همکاران - 2007 - در تحقیقی جهت ارزیابی فرآیندهای غشایی برای نمک زدایی آبهای لب شور نشان دادند در فشار و دبی کم، میزان حذف یون های مذکور برای فرآیند نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس به ترتیب 96 و 98 درصد می باشد و درصد حذف یون های تک ظرفیتی توسط غشا نانوفیلتراسیون بین 5 تا 18 درصد می باشد. این در حالی است که در اسمز معکوس میزان حذف یون های تک ظرفیتی بین 80 تا 90 درصد خواهد بود.
گرینلی و همکاران - 2009 - روش اسمز معکوس را برای شوری زدایی آب دریا استفاده نمودند و بیان داشتند که این روش میتواند بعنوان فناوری پیشرو بدلیل مصرف انرژی و هزینه کمتر نسبت به آب شیرین کنهای حرارتی تلقی گردد.
لیند - 2011 - به منظور نمک زدایی از آب دریا از زئولیت در غشای نانو کامپوزیت پلی آمیدی استفاده نمود. یافته ها حاکی از آن است که بکارگیری زئولیت در این ساختار موجب افزایش نفوذپذیری می گردد.
ادهام و همکاران - 2013 - کاربرد غشاهای نیمه تراوا را برای نمک زدایی از آبهای لب شور مورد بررسی قرار دادند و اذعان نمودند که بکارگیری این غشاها دارای کارایی بالایی برای تولید آب با کیفیت بالا را داراست.
سوبرامانیان و سیرام - 2013 - برای نمک زدایی از رشته های نانویی استفاده نمودند. نتایج نشان داد بکارگیری مواد نانو در ساختار غشا پلیمری موجب نفوذ بیشترجریان، تقویت ساختار و عملکرد آن نسبت به غشاهای با ساختار طبیعی گردیده است.
انجی و همکاران - - 2013 بکارگیری نانوذرات فلزی را در ساخت غشاهای پلیمری مورد بررسی قرار دادند. نتایج کار نشان داد که نانوذرات استفاده شده، نفوذپذیری، آبدوستی، رسانایی، استحکام مکانیکی، ثبات گرمایی و خصوصیات ضد ویروسی و باکتریایی و عملکرد غشاهای پلیمری را بهبود بخشیده است.
ژاو و هو - 2014 - ساخت غشاهای جدید اسمز معکوس با بکارگیری افزودنی های آبدوست برای نمک زدایی از آب دریا دریافتند که سطح غشا با وجود این افزودنی ها هموارتر و دبی آب با کاهش کمتری مشاهده گردید.
بررسی پیشینه پژوهش در ارتباط با بکارگیری مواد زیستی و معدنی، به کارایی نسبتا بالای ماده معدنی زئولیت در کاهش شوری آب دریا اشاره داشتند. همچنین در تحقیق حاضر جاذب زئولیت مناسبتر از سایر جاذب ها بوده است.
-2مواد و روش ها
-1-2تهیه جاذب ها
پوسته صدف - Cerastoderma lamarica - مورد استفاده در این تحقیق از ساحل دریای مازندران جمع آوری گردید. به منظور حذف زائدات از آنها چندین بار با آب مقطر شسته شدند و در آون با دمای 100°C به مدت 24 ساعت خشک گردید. پوسته برنج مورد استفاده در این پژوهش، از شالیزارهای حومه شهر ساری در استان مازندران تهیه شد. قبل از استفاده به عنوان جاذب، چندین بار با آب مقطر به منظور حذف گرد و غبار آبکشی شده و در آون با دمای 80°C به مدت 24 ساعت خشک گردید.
پوسته برنج خشک شده توسط دستگاه آسیاب خرد و به صورت پودر در آمد. سپس به منظور بدست آوردن اندازههای مختلف جاذبها از الکهای استاندارد ASTM با قطر منافذ 841 - 20 میکرومتر - ، 400 - 40 میکرومتر - ، 177 - 80میکرومتر - ، 125 - 120 میکرومتر - و 74 - 200 میکرومتر - ، برای دانه بندی استفاده گردید. نمونه معدنی زئولیت از معادن سمنان و پرلیت از فیروزکوه تهیه شدند. برای آماده سازی این نمونه ها نیز از روش های یاد شده استفاده گردید.
-2-2مشخصات پلی سولفون - PSF1 -
در این تحقیق از پلیسولفون با نام تجاری اولتراسون60102 ، محصول شرکت بسف3 آلمان، همچنین از دی متیل استامید - DMAC - 4 بعنوان حلال استفاده گردید. غیر حلال مورد استفاده در این تحقیق نیز آب مقطر دو بار تقطیر بوده است.
-3-2 ساخت و تست غشا
برای آماده سازی غشا ابتدا گرانول های پلیمر پلی سولفون، به مقدار 20 درصد را با در نظر گرفتن درصد وزنی، وزن کرده و سپس مقدار 88/5 درصد از حلال دی متیل استامید به آن اضافه گردید. به طوریکه حلال بر روی دستگاه هیتر همزن5 قرار می گیرد و گرانول پلی سولفون و 4 ماده افزودنی - زئولیت، پرلیت، پوسته برنج و پوسته صدف - با مقدار 0/3 گرم به آن اضافه میگردد.
در نهایت این ترکیب به مدت 12 ساعت مخلوط شدند. سپس محلول تهیه شده جهت ساخت غشاهای مورد نظر درون محفظهای ریخته، سپس با دستگاه فیلم کش بر روی شیشه ای که کاغذ پلی استر بر روی آن تعبیه شده است کشیده می شوند. در نهایت کاغذ آغشته به محلول داخل ظرف پر از آب به مدت 1-2 ساعت قرار گرفته و منجر به تشکیل غشا گردید
