بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله ابتدا پلیمر پلی وینیل بوتیرال - PVB - از مادهی اولیهی پلی وینیل الکل - - PVA و بوتیرالدهید سنتز شد و برای شناسایی آن طیف FT-IR و H-NMR گرفته شد و سپس مادهی MCM-41 از روش هیدروترمال تهیه گردید و به منظور شناسایی آن طیف XRD آن گرفته شد. در ادامه محلول نانوکامپوزیتی آن به روش اختلاط محلول تهیه و از آن غشاهای %0، %3 و %5 تهیه شد و جداسازی رنگ کونگورد در آب از غشاهای ساخته شده، بررسی گردید؛ که غشای %5 بیشترین کارایی لازم را در جداسازی این رنگ داشت و به همین منظور از سطح آن SEM وَAFM و CA گرفته شد و با غشای پلی وینیل بوتیرال خالص مقایسه گردید.
کلمات کلیدی:غشاء - پلی وینیل بوتیرال - نانوکامپوزیت - MCM-41- جداسازی - رنگ کونگورد
-1 مقدمه
آب یک سرمایه ملی و حیاتی است که در آیندهای نه چندان دور آب با نفت و طلا معاوضه میشود. با توسعهی شهرنشینی و صنایع که منجر به افزایش میزان فاضلاب تولیدی گردیده است، ناخالصیهای زیادی از جمله رنگها که از طریق دفع نادرست و غیر بهداشتی فاضلاب شهری و پساب صنعتی وارد محیط زیست و منابع آبی میگردند.در این بین روشهای جداسازی، غشاها یکی از بهترین روشها برای جداسازی رنگها از پساب صنایع میباشند.در میان روشهای غشایی استفاده از غشاهای میکرو و اولترافیلتراسیون یکی از روشهای پیش جداسازی کامل برای ناخالصیها از آب میباشد. این غشاها از اهمیت بسیار زیادی در صنعت برخوردارند علاوه بر هزینهی بسیار کم آنها، فشار کمی نیز مورد نیاز برای جداسازی، میباشد.
فاکتورهای اصلی برای انتخاب غشاء و بررسی عملکرد آن شار آب عبوری از غشاء، گرفتگی غشاء ،اندازه حفرات و میزان جداسازی آن میباشد. در غشاهای اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون به دلیل انسداد زیاد منافذ دچار مشکلاتی است که با استفاده از یک ماده به صورت افزودنی که حفرات زیاد و همگنی و با اندازهی مناسب ایجاد کند بسیار مهم است.[1]مواد نانو حفرهای که به عنوان زیر مجموعهای از مواد نانو ساختار محسوب میشوند، ترکیباتی هستند که در ساختار خود دارای حفرههایی به اندازهی 1 تا 100 نانومتر میباشند. این مواد به روشهای متفاوتی طبقه بندی میشوند براساس روش آیوپاک به اندازهی قطر حفرات آنها را در یکی از سه دستهی زیر قرار میدهد:
ویژگی که سنتز این مواد را به طور خاص مورد توجه قرار داد این بود که با وجود اینکه این ترکیبات از سیلیکای آمورف ساخته شده است در ساختار خود دارای شبکهای گسترده از حفرههای منظم و یکنواخت میباشند این مواد دارای مساحت سطح بالایی تا حد 1000 m2g-1 بوده و قطر حفرات در حدود 2 تا 10 نانومتر تقریبا میباشد. این گروه از ترکیبات با عددی که بعد از نام اصلی MCM آورده میشود از هم متمایز میشوند.سه عضو مهم این خانواده در شکل - 1 - نشان داده شدهاند عبارتند از MCM-41 با ساختار هگزاگونال، MCM-48 با ساختار مکعبی و MCM-50 با ساختار لایه به لایه با تغییر شرایط سنتز میشوند آرایش ساختار را تغییر داده و به عضو جدیدی از خانواده MCM ها دست یافت.
معروفترین عضو خانوادهی ترکیبات MCM، MCM-41 میباشد که اولین بار توسط توسط محققین شرکت مبایل سنتز شده است. این ترکیب شامل شبکهای از سیلیکا است که ممکن است با آلومینا یا فلزات دیگر همراه باشد و در کل حفرههای شش ضلعی را ایجاد کردهاند. MCM-41 دارای مساحت سطح بسیار بالایی در حد 1200m2/g و حفرههایی با اندازهی باریک میباشد؛ که از نظر شکل و اندازه یکنواخت بوده و شبکهای شبیه لانهی زنبور به وجود میآورند.[3]تا کنون روشهای گوناگونی برای سنتز ترکیبات MCM ارائه شده است. همچون زئولیتها و مواد نانوی سنتزی دیگر، مواد مزوپور نیز میتوانند به روش هیدروترمال یا مخلوط کردن سورفاکتانت و منبع سیلیکا و شرایط دما و زمان معین تهیه گردند، MCM ها همچنین به خوبی در دمای اتاق قابل سنتز هستند.
مواد مزوپروس علاوه بر اندازهی منافذ مناسب - نه آنقدر کوچک که موجب گرفتگی آن شود و شار عبوری را کم کند و نه آنقدر بزرگ که تمام ناخالصها از آن عبور کنند - ، دارای پایداری شیمیایی و حرارتی خوب وسطح ویژهی بالایی برخوردار است.[4]در غشاهای آبگریز جذب املاح و مسدود شدن منافذ به خصوص در مورد جدا کردن پروتئینها باعث گرفتگی و کاهش شار آب میشود. این رسوب نیاز به تمیز کردنهای پیدرپی و افزایش هزینههای نگهداری و تعمیر دارد؛ بنابراین استفاده از غشاهای آبدوست یک روش مفید برای کاهش رسوب است. اما به تازگی غشاهای آبدوست مورد توجه قرار گرفتهاند در مقایسه با غشاهای دیگر PVB مقاومت خوبی در مقابل تغییرات دمایی کم، نور، میکرو ارگانیسمها و محیطهای قلیایی کم و اسیدی کم نشان میدهند. علاوه بر آن PVB خواص آبدوستی و ضد گرفتگی بهتری نسبت به PVA دارد و دلیل آن بخشی از PVA است ،که در ساختار خودش نگه میدارد.[5]
از میان روشهای ساخت ، روش وارونگی فاز امروزه به دلیل استفاده برای ساخت انواع غشاها، بیشترین کاربرد را دارد.غشاهای تهیه شده از PVB به روش های جدایی فاز القاء شده توسط دما - TIPS - 5، جدایی فاز القاء شده توسط ضد حلال6[6] - NIPS - تا حالا گزارش شده است. تهیهی غشاهای کامپوزیتی به روش جدایی فاز با ضد حلال؛ شامل تبادل حلال و ورود ضدحلال و تهنشینی غشاء در تانک ضد حلال میباشد. با خروج حلال و حل شدن آن در ضد حلال منافذ غشاء تشکیل میشود و با رسوب و تهنشینی پلیمر در مایع ضدحلال بدنهی غشاء تشکیل میشود. شن7 و همکاران در سال 2005 غشاء PVB مبتنی بر اولترافیلتراسیون را با روش غوطهوری در حمام آب انجام داد .[7]
ماسائو و همکاران غشاء اولترافیلتراسیون PVB تهیه کنند و تاثیرات ضخامت غشاء، غلظت پلیمر، زمان حلال پرانی و دمای حلال پرانی و غیره را بررسی کردند. سپس روی بازده و عملکرد آن مطالعه شد، دی متیل استامید به عنوان حلال - بهترین حلال برای پلیوینیل بوتیرال - استفاده شد و غشای %15 وزنی در دمای 25 تا 30 درجه که برای سدیم سولفات دفع نشان داد.[8]مواد مزوپروس سیلیکا در کاربردهای مختلف مورد توجه زیادی قرار گرفتهاند که این به دلیل سطح زیاد، توزیع اندازهی حفرات باریک و تنظیم پذیری اندازهی حفرات میباشد.[9] همچنین افزودن MCM-41 به پلیمر باعث افزایش ویسکوزیته میگردد.[10] همچنین در زمینه تحقیقات و پژوهشهای انجام شده برای مادهی MCM-41 میتوان به اوشیما و همکاران در سال 2006، که جذب آلایندهی کادمیم و سرب را توسط مادهی MCM-41 کلسینه شده را مورد بررسی قرار دادند.[11]
موناش و همکاران نیز در سال 2008 جذب رنگ متیلن بلو را توسط MCM-41 کلسینه شده [12] و تیان و همکاران، در سال 2011 حذف کروم شش ظرفیتی توسط MCM-41 کلسینه شده را مورد بررسی قرار دادند.[13]MS ها میتوانند شار عبوری بدون آنکه انتخاب پذیری آنها و سازش پذیری آنها با پلیمر کم شود را افزایش بدهند .[14] در سال 2012 هوانگ و همکاران، به منظور ضدگرفتگی و آبدوستی غشاء پلیاتر سولفون به آن نانو سیلیکا اضافه کردند، که با اضافه کردن MS %2 به آن باعث افزایش شار آب، آبدوستی بهتر و عملکرد ضد گرفتگی غشاء شدند. همچنین پایداری حرارتی و مکانیکی آن را بهبود بخشیدند .[1]درسال 2013 جیانگ و همکارانش غشاء اولترافیلتراسیون سیلیکاتی ساختند که اندازهی حفرات آن قابل تنظیم و همچنین نمودار توزیع
