بخشی از مقاله
چکیده
پلیآنیلین با استفاده از روش اکسیداسیون شیمیایی با موفقیت سنتز گردید. سپس غشای نامتقارن الیاف توخالی از مخلوط پلیآنیلین آندوپ شده /پلیاکریلونیتریل با غلظتهای مختلف پلیآنیلین طی فرآیند ریسندگی خشک و تر تولید شد. اثر افزایش درصد پلیآنیلین آندوپ شده بر ساختارغشا، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی - FE-SEM - مورد بررسی قرار گرفت؛ علاوه برآن خواص مکانیکی الیاف از جمله استحکام و ازدیاد طول اندازهگیری شد. برای بررسی بار سطح غشا ، آبدوستی یا آبگریزی غشا از آزمون زاویه تماس و زتا پتانسیل استفاده شد. . بار سطحی غشای الیاف توخالی پلی-اکریلونیتریل حاوی %0 پلیآنیلین با پتانسیل زتای -12/78 mV و همچنین بار سطح غشای الیاف توخالی تهیه شده حاوی %2/5 پلیآنیلین با پتانسیل زتای سطح -16/1 mV در pH خنثی منفی میباشد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت پلی-آنیلین آندوپشده بار سطح غشا منفی تر و خاصیت آبگریزی غشا افزایش مییابد.
کلیدواژه: ، پلیاکریلونیتریل، پلی آنیلین، غشا الیاف توخالی
-1مقدمه
مسایل اقتصادی در استفاده از غشاها در فرآیند جداسازی سبب توسعهی غشاهای الیاف توخالی شده که نسبت سطح به حجم آنها بزرگ میباشد. از غشای الیاف توخالی بهطور گسترده برای صنایع جداسازی، جداسازی گاز[2 ,1]، به دلیل سطح جداسازی بالا و انتخابگر، ویژگی انتقال جرمی عالی به دلیل ساختمان الیاف توخالی که این نوع الیاف میتواند دراصلاح آب - خالصسازی و نمکزدایی - ، اولترافیلتراسیون،اسمزمعکوس[3]،میکروفیلتراسیون، همودیالیز[4]، جداسازی هیدروکربنها توسط فرآیند تراوش تبخیری[5]، کاربرد داشته باشند.[6] جداسازی غشایی یا فیلتراسیون غشایی به عنوان یکی از موثرترین تکنولوژیها برای حذف آلودگی ها از آب به دلیل بازده بالا، عدم نیاز به مواد شیمیایی، برداشت یا حذف انتخابی، عملکرد آسان، قیمت پایین، مصرف انرژیکم و سازگاری با محیط میباشد9]؛.[7
پلیآنیلین یک پلیمر رسانای آلی میباشد که براحتی سنتز شده و درکاربردهای مختلف و وسیعی استفاده میشود.[10] فان و همکارانش نشان دادند که افزودن نانوالیاف پلیآنیلین به پلیسولفون باعث بهترشدن خواص آبدوستی و تراوایی غشایی و خواص گرفتگی غشای پلیسولفون شدهاست .[11] با توجه به ویژگیهای منحصر به فرد پلیآنیلین، غشای الیاف توخالی از مخلوطی از پلیاکریلونیتریل/پلیآنیلین توسط فرآیند ریسندگی تروخشک از طریق وارونگی فاز تهیه میشود تا پس از تهیه غشا الیاف توخالی در شرایط مختلف، ساختار داخلی، خواص مکانیکی این غشا بررسی گردد.
-2 تجربیات
1؛2 مواد: کوپلیمراکریلونیتریل-وینیلاستات از کارخانهی پلیآکریل ایران - اصفهان - متوسط وزن مولکولی 70000g/mol تهیه شد. ان متیل پیرولیدین - - NMP به عنوان - حلال - و از آب مقطر به عنوان ضد حلال استفاده شد . پلیآنیلین مورد استفاده در آزمایشگاه تهیه و روش تولید این پلیمر به صورت پلیمریزاسیون اکسایشی آنیلین در محیط اسیدی میباشد.
2؛2 سنتز پلی آنیلین: ابتدا. 3 میلی لیتر از آنیلین دوبار تقطیر شده در 150 میلی لیتر از اسید کلریدریک 1 نرمال حل شده و در حال هم زدن با همزن مغناطیسی در حمام یخ با دمای صفر تا پنج درجهی سانتیگراد نگهداریشد. 7/325 گرم از پر سولفات آمونیوم به تدریج در 35 میلیلیتر از اسید کلریدریک1 نرمال حل شد و در مدت 20 دقیقه و به تدریج به محلول آنیلین در اسید هیدروکلریک اضافه گردید. واکنش پلیمریزاسیون به مدت 4 ساعت در دمای صفر درجه انجام گردید. سپس برای آندوپکردن پلیآنیلین 150 میلیلیتر محلول آمونیاک1نرمال مورد استفاده قرار گرفت و مخلوط حاصل بهمدت 4 ساعت هم خورده تا مخلوط که ابتدا به رنگ سبز تیره بود به رنگ آبی تیره درآمد.
2؛3 تهیهی غشای الیاف توخالی: غشای الیاف توخالی پلیآکریلونیتریل/پلیآنیلین توسط فرآیند ریسندگی تر و خشک از طریق وارونگی فاز با استفاده از حلال انمتیل-پیرولیدین و ضد حلال آب تهیه شده است. برای تولید الیاف توخالی به روش تر وخشک، محلول ریسندگی با غلظت 12 درصدوزنی پلیآکریلونیتریل تهیه و درصدهای مختلفی از پلیآنیلین %0، %0/5 ،%1، %2/5،5 وزنی نسبت به وزن پلیمر مورد استفاده قرار گرفت.
2؛4بررسی خواص غشای الیاف توخالی
1؛2؛4 بررسی مورفولوژی و اندازه گیری قطر داخلی و خارجی: برای اندازهگیری قطر داخلی و خارجی الیاف توخالی، ضخامت دیواره آنها و مورفولوژی الیاف توخالی پلیاکریلونیتریل/ پلیآنیلین، از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد.
2؛2؛4 بررسی خواص مکانیکی غشای الیاف توخالی: اندازهگیری استحکام، ازدیاد طول تا حدپارگی الیاف توسط دستگاه استحکامسنج صورت گرفت. برای هر نمونه حداقل 10 اندازهگیری انجام شد و میانگین آن گزارش داده شد. استحکام محاسبه در دستگاه بر حسب CN/TEX میباشد. ازدیاد طول تا حد پارگی - - نیز از طریق معادلهی - - 1 بدست میآیدکه ∆ نسبت ازدیاد طول و 0 طول اولیه می
باشد.[12]
3؛2؛4 بررسی زاویه تماس غشای الیاف توخالی : اندازهگیری زاویه تماس با قطره آب - با حجم 4 میکرولیتر - توسط سیستم مجهز به یک دوربین CCD دارای نرم افزار سنجش زاویه تماس قطره با سطح انجام شدهاست.
4؛2؛4 ارزیابی بار سطح غشای الیاف توخالی توسط دستگاه زتا سایزر: پتانسیل زتای اندازهگیری شده غشای الیاف توخالی حاوی0% و %2/5 پلیآنیلین تحت pH خنثی انجام شده است. آزمایش در دمای 22 درجه سانتیگراد، رطوبت %20 و فشار 1 اتمسفر انجام شده است. از هر نمونه 5 اندازهگیری زتا پتانسیل انجام و میانگین آن گزارش دادهشد.
-3بحث و نتایج
3-1مطالعه ساختار توسط :FE-SEM تصویربرداری از سطح مقطع غشاها با غلظتهای مختلف پلی آنیلین در شکل1 نشان داده شده است. با تصویربرداری سطح مقطع غشاها، ساختار عمومی غشاء نامتقارن با یک لایه ی نازک پوسته متراکم و کاملا فشرده بر روی سطح خارجی و لایهای متخلخل و حفرهدار به عنوان لایه نگدارنده مشاهده گردید. همانطور که از شکل دیده میشود تخلخل از سطح داخلی الیاف آغازشده و تا لایهی خارجی ادامه مییابد. لایهی خارجی دارای ضخامت کمتری از لایه داخلی است که میتوان آن را به فاصلهی شکاف هوای 20 سانتیمتری تولید الیاف نسبت داد. همانگونه که مشاهده میشود با افزایش غلظت پلیآنیلین اندازهی حفرهها کاهش مییابد و ساختار الیاف متراکمتر میشود. همچنین با افزایش مقدار پلی-آنیلین قطر داخلی و خارجی الیاف توخالی تهیهشده به ترتیب افزایش مییابد. نمودار 1 اندازه قطر الیاف داخلی و خارجی الیاف را نشان میدهد.
3؛2 بررسی خواص مکانیکی غشای الیاف توخالی
1؛3؛2 بررسی استحکام و ازدیاد طول غشای الیاف توخالی حاوی مقادیر مختلف پلیآنیلین: نمودار1نشاندهندهی استحکام الیاف توخالی حاوی مقادیر 0، 0/5، 1، 2/5و 5 درصد پلیآنیلین نسبت به وزن پلیمر است. این نمودار نشان میدهد که استحکام الیاف تولید شده با افزایش درصد پلیآنیلین در دوپ ریسندگی کاهش مییابد. درنمودار2 ازدیاد طول الیاف تا حدپارگی در مقابل درصدهای مختلف پلیآنیلین نشان داده شده است. نتایج نشان میدهد که با افزایش درصدهای پلیآنیلین ازدیاد طول الیاف کاهش مییابد.
3؛3بررسی خاصیت آبدوستی و آب گریزی غشای الیاف توخالی: جهت اندازهگیری زاویه تماس معمولا چند قطره آب بر روی نقاط مختلف سطح یک غشا چکانده شده و سپس زاویه خط مماس بر قطرات نسبت به سطح افق تعیین میگردد. هرچه قطرات آب بیشتر بر روی سطح پهن شوند، زاویه مذکور کوچکتر شده و در نتیجه، غشا از آب دوستی بیشتری برخوردار است. زاویه در غشاهای آب دوست کوچک بوده و با افزایش در میزان آب دوستی غشا مقدار آن به سمت 0 درجه میل خواهد کرد. از شکل 2که تصاویر آنالیز زاویه تماس را نشان میدهد واضح است که با افزایش غلظت پلیآنیلین آندوپشده در دوپ ریسندگی، زاویه تماس افزایش مییابد که مشخصکننده افزایش در آبگریزی غشا میباشد.
3؛4 اندازهگیری بارسطح غشای الیاف توخالی توسط زتاپتانسیل: ویژگی الکتریکی غشای الیاف توخالی تهیهشده پلی-اکریلونیتریل و الیاف توخالی پلیاکریلونیتریل /پلیآنیلین حاوی%0 و %2/5 پلیآنیلین با استفاده از اندازهگیری پتانسیل زتا
