بخشی از مقاله
چکیده:در این پژوهش، نانو ذرات چارچوبهای آلی- فلزی از لیگاندهای آلی bis - 4-pyridyl - -3,4-diaza-2,4-2.5-hexadiene و هسته فلزی Zn - NO3 - 2.6H2O سنتز شد و با درصد های مختلف برای افزایش کارایی غشای الترافیلتراسیون پلیاترسولفونی مورد استفاده قرار گرفت. وجود گروه های عاملی آبدوست آمینی و هیدروکسیلی روی سطح نانوذرات و همچنین نسبت سطح به حجم بالای آن باعث افزایش راندمان جداسازی در غشاهای سنتزی شد. نتایج آنالیز عکس های SEM و زاویه تماس نشان دادند که غشاهای اصلاح شده با MOF در مقایسه با غشاهای اصلاح نشده دارای حفره های پهن تر و زاویه تماس کوچکتر می باشند که موجب افزایش فلاکس این غشاها می شود. همچنین مقدار غلظت0.1 wt.%MOF بهترین عملکرد را نشان داد.
مقدمه
در بسیاری از صنایع از جمله پتروشیمی، مواد غذایی و چرم تولید مقدار زیادی از پساب های چربو تخلیه مستقیم این آب اثرات زیانآوری را در اکوسیستم دریایی و زمینی به وجود می-آورد. در سالهای اخیر برای درمان پسابهای روغنی از فرآیند-های جدایی مکانیکی، انعقاد و شناورسازی با هوای محلول استفاده میشد که معایبی نظیر بهرهوری، مشکلات عملیاتی و هزینههای عملیاتی بالا را به همراه دارد2،.1 تلاش های اخیر دانشمندان باعث جایگزینی فرآیندهای غشایی به جای روشهای معمول جداسازی شده است. غشاها به چهار دسته میکروفیلتراسیون، الترافیلتراسیون ،نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس بر اساس نوع تخلخل تقسیم میشوند.
از جمله مزایای مهم جداسازی غشایی استفاده از انرژی کم،فضای عملیاتی پایین و استفاده نکردن از افزودنی های شیمیایی برای کاهش مواد آلاینده است.3 مهمترین مشکل فرایند های غشایی گرفتگی آن میباشد که کارهای زیادی از جمله جاسازی مواد آبدوست در پیکره غشا، اصلاح سطحی غشا و رشد مونومرهای آبدوست؛ برای رفع این مشکل انجام شده است که اخیرا این نوع اصلاحات باعث تاثیر موفقیتآمیزی در تصفیه پساب روغنی شده است.
پلیمر رایج پلی ایتر سولفون - PES - به دلیل خواص مکانیکی و گرمایی، آبدوستی و غیرهبه طور گسترده ای در ساخت غشاها مورد استفاده قرار گرفته است. غشای PES به دلیل دارا بودن دو ویژگی مهم - بار سطحی منفی و خاصیت جداسازی مکانیکی - به ترتیب باعث کاهش گرفتگی و جداسازی مکانیکی میشود. پژوهشهای اخیر در راستای اصلاح سطح پلیمر برای افزایش بار منفی روی سطح و خاصیت آبدوستی توسط فناوری نانو انجام شده است.
تخقیقات گسترده در حوضه نانو باعث ایجاد چارچوبهای آلی - فلزی - MOF - شده است. با این وجود، در این کار از نانوذره TMU-5به دلیل وجود گروههای عاملی نیتروژن دار و هیدروکسیل دار در ساختمان نانوذره برای افزایش بار سطحی غشا، آبدوستی و افزایش عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفته است.6 در این کار غلظتهای مختلفی از نانوذره در پیکره غشا جاسازی شده است که عملکرد آن توسط مطالعه فلاکس عبوری و میزان جداسازی امولسیون آب و روغن از هم مورد بررسی قرار میگیرد و آنالیزهای آن توسط SEM و زاویه تماس با غشای اصلاح نشده مقایسه گردید.
بخش تجربی مواد
پلیمر پلی اترسولفون با وزن مولکولی 58000 g/mol و حلال دیمتیل استامیداز شرکت BASF تهیه گردید.پلی وینیل پیرولیدون با وزن مولکولی 25000 g/mol، امولسیون 40000 ppm آب و روغن،نانوذرات سنتز شده .MOF
روشها
ابتدا نانوذارت با در صدهای مختلف با کمک امواج التراسونیکدر حلال DMAcپخش شده و بعد از اضافه کردن پلیمر و PVP به محلول، روی استیرر قرار داده تا محلول یکنواختی تهیه شود. سپس با استفاده از فیلم کش، غشاهایی به ضخامت 170 میکرومتر روی شیشه کشیده شد و داخل حمام آب غشاها منعقد گردیدند. بعد از تهیه غشاهای کامپوزیتی، شار آب خالص و جداسازی امولسیون آب و روغن با استفاده از ستاپ غشایی - شکل - 1انتها بسته - Dead-end - در فشار 3 bar مورد مطالعه قرار گرفت.
نتایج و بحث
شکل 2 نمودار اندازهگیری زاویه تماس آب برای غشاهای سنتزشده میباشد. نتایج نشان می دهد که با افزایش غلظت MOF در ماتریکس پلیمر، مقدار زاویه تماس کاهش یافته که نشان از افزایش آبدوستی می باشد. این می تواند به دلیل وجود گروه های عاملی آبدوست القا شده روی سطح غشا باشد که با ایجاد پیوند هیدروژنی با مولکول های آب، سطح را آبدوست تر کرده و به تبع آن باعث افزایش شار عبوری از غشاها شده است. مقدار شار عبوری از غشاهای سنتز شده در شکل 4 نشان داده شده است که در بخش های دیگر توضیح داده می شود.
به منظور ارزیابی موفولوژی غشاهای سنتز شده و تاثیر مواد افزودنی به آن، تصاویر SEM از سطح عرضی غشا ها در شکل 3 نشان داده شده است. تصاویر ساختار نامتقارن از غشاها با حفرات انگشتی را نشان میدهد. با افزایش نانوذرات تا 0.1 wt.% به محلول قالبی عمل جدایی فاز در حمام انعقاد با سرعت بیشتری انجام شده که باعث ایجاد لایهای زیری متخلخلتر و لایه جداکننده بالایی نازکتری میشود - شکل . - b-3 همچنین افزایش بیشتر نانوذرات به دلیل افزایش ویسکوزیته محلول قالبی، عمل جدایی فاز در حمام انعقاد به تاخیر افتاده که نتیجه آن ضخیم شدن لایه جداکننده بالایی و کاهش تخلخل لایه پایینی می-شود.این تغییرات باعث کاهش راندمان غشاهای سنتز شده می-شود.
