بخشی از مقاله
چکیده:
در بخش نخست این تحقیق، پلی وینیل بوتیرال از طریق فرآیند آبی تهیه شد و ساختار آن با استفاده از FT-IR و HNMR بررسی و مورد مطالعه قرار گرفت. سپس Zeolitic imidazolate framework -8 - ZIF -8 - سنتز شد و ساختار آن با استفاده ازFT- , XRD IR وSEM بررسی شد. سپس با استفاده از پلیمر سنتز شده و ZIF-8 محلول نانو کامپوزیتی تهیه و نمونه غشائی تهیه شد. غشاءهای ساخته شده از روش وارونگی فاز و با استفاده از حلال دی متیل استامید DMAC و ضد حلال آب است. غشای تهیه شده از لحاظ ساختارشناسی , خواص سطحی و عملکرد - شار عبوری و درصد طرد - با استفاده از SEM زاویه تماس آب و سامانه آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که شار عبوری و درصد طرد آلبومین سرم گاوی غشای کامپوزیت بالاتر از غشای خالص است.
کلید واژه ها:الترافیلتراسیون , نانوکامپوزیت ,چهارچوب های فلز- آلی , آلبومین سرم گاوی
-1 مقدمه:
غشاء لایه نازکی است که می تواند اجزاء یک سیال را به طور انتخابی جداکند . در واقع غشاء مانند یک سد فیزیکی گزینشی عمل می کند , به طوری که دو فاز را از یکدیگر جدا کرده و تحت تاثیر اختلاف پتانسیل شیمیایی - ناشی از اختلاف غلظت , اختلاف در فشار و یا اختلاف در پتانسیل الکتریکی - عبور بعضی از ترکیبات موجود در سیال را از درون غشاء محدود می کند و از طرف دیگر به بعضی دیگر از اجزاء اجازه عبور می دهد. عبور اجزاء از غشاء در ابعاد مولکولی صورت می گیرد. بنابراین غشاء نسبت به یکی از اجزاء انتخاب گر و گزینش پذیر است. [1 ]فرایند های فیلتراسیون که نیروی محرکه آنها از اختلاف فشار ناشی می شود بر حسب اندازه مولکولی حل شده در محلول به چهار نوع فرایند تقسیم می شود: اسمز معکوس, نانوفیلتراسیون, الترافیلتراسیون , میکروفیلتراسیون .[2]چون اساس این کار پژوهشی مربوط به غشا الترافیلتراسیون می باشد فقط این نوع غشاء شرح داده می شود.
اولترا فیلتراسیون
اولین کاربرد غشا اولترافیلتراسیون به اواخر دهه 1960 میلادی برمی گردد. از آن زمان تا کنون این روش کاربری های زیادی نظیر دیالیز و تصفیه خون، تغلیظ شیر قبل ازتولید پنیر، جداسازی پروتئین ها، شفاف سازی آب میوه، صنعت داروسازی، تصفیه آب های سطحی، آب چاه و قنات برای تولید آب آشامیدنی و صنعتی، حذف ویروس ها، تصفیه فاضلاب و غیره داشته است.. [3]غشاهای اولترا فیلتراسیون برای جداکردن ذرات غیر محلول به کار می روند و قادر به جداسازی یونها و ریز مولکولها نیستند. محدوده عملکرد غشاء های اولترافیلتراسیون را با حد وزن مولکولی معین می نمایند که عبارت است از وزن مولکولی کوچکترین ذراتی که 90درصد آنها نمی توانند از غشاء عبور نمایند.
حد وزن مولکولی غالبا با واحد کیلو دالتونKDa گزارش می گردد. مکانیسم اصلی جداسازی در این غشاء ها بر اساس اندازه ذرات است. با این حال بار الکتریکی و خاصیت شیمیایی سطح ذرات و غشاء می تواند در راندمان جداسازی موثر باشد .[4] غشای الترا فیلتراسیون معمولا با پلیمرهای پلی سولفون , پلی اترسولفون و پلی وینیلیدین فلوراید به روش فرایند وارونگی فاز تهیه می شوند. درکاربردهای فیلتراسیون غشائی نگرانی اصلی کاهش عملکرد به دلیل رسوبگیری غشاء و افزایش هزینههای اضافی برای تمیز و جایگزین کردن غشاء میباشد.[ 5] برای اینکه غشایی با خاصیت آب دوستی تهیه نمود می توان کارهای زیر را انجام داد :
الف- استفاده از پلیمرهای آب دوست
ب- مخلوط نمودن پلیمرها
مخلوط نمودن دو پلیمر به طوری که یکی از ان دو پایداری شیمیایی وحرارتی کافی , و دیگری خاصیت آب دوستی ایجاد نماید. با توجه به لزوم محلول بودن پلیمرها در یکدیگر انتخاب جفت پلیمر مناسب محدود می باشد پلی وینیل پیرولیدون یک پلیمر آب دوست و محلول در آب است این پلیمر با اکثر پلیمرها سازگار می باشد.
ج- تغییر و اصلاح سطح
با تغییر دادن و اصلاح سطح غشاء می توان طبیعت آبگریزی آنرا به اب دوستی تغییر داد .پس از ساخت غشاء از روش هایی جهت تغییر و اصلاح سطح آن استفاده می شود .
د- اصلاح پلیمر قبل از ساخت غشاء
در این روش عملیات اصلاح بر روی پلیمر که قرار است برای ساخت غشاء مورد استفاده قرار گیرد انجام می شود به این ترتیب آب دوستی بهبود می یابد.[6]
پلی وینیل بوتیرال - PVB - از تراکم پلی وینیل الکل - PVA - و بوتیرآلدئید در حضور کاتالیست اسید بدست میآید، PVB به دلیل داشتن گروه باقیمانده PVA یک پلیمر آب دوست می باشد که گرفتگی غشاء در فرایند اولترافیلتراسیون برای تصفیه آب کاهش می یابد.[7]یکی از معضلات رایجی که در سنتز غشاء های کامپوزیت پلیمر وجود دارد ناسازگاری پلیمر و پرکننده و پراکندگی ضعیف آنها در زمینه پلیمراست که باعث گزینش پذیری ضعیف غشای نانوکامپوزیت می شود. این مشکل در غشاء های جداسازی گاز رایج تر است. ناسازگاری بین پرکننده و پلیمر در فرایند وارونگی تاثیر دارد، بنابراین نیاز به یک پرکننده جدید می باشد تا این مشکل را بر طرف نماید ZIF.
ها دسته ای جدیدی از مواد متخلخل کریستال و زیرمجموعهای ازچهارچوب های فلز -الی ها می باشند که توپولوژی شبیه به زئولیت ها دارند و دارای مجموع هایی از ویژگی های هر دو گروه زئولیت وچهارچوب های فلز الی می باشند. کاتیونهای فلزات دو ظرفیتی مثلCo Fe ,Cuو Zn و اتم های نیتروژن مربوط به آنیونهای ایمیدازولیت اتصال دهنده ها با هم پیوند داده وZIF ها را تشکیل می دهند علاوه بر پایداری شیمیایی مزیت منحصر به فرد ZIF نسبت به مواد متخلخل دیگر ترکیب آلی شان است که سازگاری و همگن بودن پلیمر و پرکننده را بهبود می بخشند و همچنین به آسانی لیگاند های آلی عامل دار شده و ترکیب هایی با اندازه حفره گوناگون و خواص شیمیایی متنوعی ایجاد می شود.[9],[ 8 ]
-2 تجربی
-1-2 مواد مورد استفاده
روی نیترات 6آبه -2,متیل ایمیدازول , متانول ,دی متیل استامید - - DMAC باخلوص 99درصد, بوتیرالدهید , سدیم دودسیل سولفات, پلی وینیل الکل با وزن ,72000 پلی وینیل پیرولیدون با وزن 40000ازشرکت , Merck آلبومین سرم گاوی از شرکت. Alderich
-2-2 دستگاههای مورد استفاده
از دستگاه طیف سنجی FT - IR جاسکو مدل 6300 استفاده شد تصاویرSEM توسط میکروسکوپ الکترونی مرکز متالوژی رازی با مشخصات VEGA//TESCAN-LMU ثبت گردید. مطالعات XRDتوسط دستگاه X-Ray Diffractometer، Bruker، D8 AVANCE، در دانشگاه اصفهان انجام گردید دستگاه Shimidzo UV-VIS در دانشگاه اصفهان استفاده شد.
-3-2 سنتزپلیوینیل بوتیرال
ابتدا مقدار 6 گرم PVA در مخلوط 36/6گرم آب و 3/6 گرم متانول حل شد و سپس 0/1گرم SDSو 0/15گرم اسیدسولفوریک به محلول آنها اضافه شد. در ادامه دما به زیر 10درجه سانتیگراد رسانده شد و توسط همزن مکانیکی با سرعت 1700 rpm همگن شد. تحت همین شرایط مخلوط 3,6 گرم بوتیرآلدهید و حدود 3,5 گرم متانول توسط دراپینگ فانل و به مدت 30 دقیقه به آن اضافه شد. سپس در همین وضعیت به مدت 2 ساعت در حال همزدن شدید قرار گرفت و بعد از آن دما به آرامی تا 70 درجه سانتیگراد افزایش یافت و 3 ساعت در همین حالت قرار گرفت. سپس با آب و محلول %10 از سدیم هیدروکسید شسته شد. رسوب حاصل بمدت یک شب در دمای 50 درجه در آون قرار گرفت تا به وزن ثابت برسد. درصد گروه وینیل الکل در پلیوینیلبوتیرال حاصله، مطابق ASTM D1396 تعیین گردید. درصد گروه وینیل الکل 11درصد تعیین شد .
-4-2 سنتز ZIF-8
0,649گرم نیترات روی 6 آبه در 50 میلی لیتر متانول و1,643گرم -2 متیل ایمیدازول در50 میلی لیتر متانول حل شده و پس از رسیدن به محلول شفاف، این دو محلول به هم اضافه گردیده و تا رسیدن به محلول شیری رنگ، در دمای 60 درجه اختلاط می یابند. سپس این محلول سانتریفیوژ شده و نانو ذرات حاصل، پس از 5 بار شستشو با متانول جمع اوری می شود. ZIF-8 برطبق روش[10] سنتز شد.
-5-2 تهیه غشاء:
غشاهای PVB و نانوکامپوزیت PVB/ZIF-8 با روش وارونگی فاز در دمای اتاق تهیه می شوند. برای تهیه نانوکامپوزیت ابتدا ZIF-8 با درصد های مختلف 1و2و3درصد در حلال DMAC با حمام امواج فراصوت به مدت 1ساعت پخش شد. سپس PVP 1درصد وزنی و PVB 20 درصد وزنی اضافه شد. به منظور تهیهی یک مایع همگن،این مخلوط به مدت 24 ساعت با استفاده از همزن مغناطیسی به طور کامل هم زده شد بعد از این مرحله مخلوط همگن شده به مدت یک شب به صورت کاملا بدون حرکت قرار گرفت تا حباب های ایجاد شده در طی هم زدن از آن خارج شود .
سپس محلول حاصل روی صفحه شیشه ای ریخته شده و با استفاده از دستگاه فیلم کش به صورت فیلم با ضخامت 0,3میلی متردر آمد .بعد از 3دقیقه در حمام لخته کننده آب مقطر قرار داده شد تا وارونگی فاز صورت گیرد. در این حالت غشاء با خروج حلال به تدریج تغییر فاز داده و به صورت جامد سفید رنگ دیده می شود که اصطلاحا به این عمل رسوب کردن محلول پلیمری می گویند و به مدت 24 ساعت در این حمام باقی ماند و بعد از آن غشاء تشکیل شده را از حمام خارج کرده و با آب مقطر شسته می شود و در آب مقطر تازه نگه داری می شود . جدول - 1 - ترکیب درصد محلول غشا را نشان می دهد.
-6-2 ارزیابی عملکرد غشا مشخصات غشاهای تهیه شده با استفاده از یک سل فیلتراسیون باجریان متقاطع در فشار 2بار انجام گرفت. غشاءهایی به قطر 5سانتیمتر و با سطح مقطع موثر0,001256متر مربع در سل آزمایش در معرض خوراک ورودی قرار داده شد. برای ارزیابی شار و احتباس از آب مقطر و محلولهای حاوی آلبومین سرم گاوی استفاده شد. با استفاده از اندازه گیری مقدار آلبومین در خوراک و محلول عبوری ازغشا احتباس آلبومین توسط غشا در طول موج 280نانومتر با دستگاه طیفسنج مرئی -فرابنفش اندازه گیری شد.
