بخشی از مقاله
چکیده:
غشاهای پلی وینیلیدن فلورید علی رغم مزایای فراوان دارای ماهیت آبگریز هستند و این ویژگی باعث پدیده گرفتگی در غشا می گردد. برای تصفیه آب میبایستی این مشکل برطرف شود. در اینجا سعی شده از ساختار فلز - آلی مس برای افزایش خاصیت آبدوستی غشای مورد نظر و همچنین بهبود خواص مکانیکی و پایداری حرارتی غشاء استفاده شود. افزایش میزان کمی از این ماده به غشای پلیمری باعث افزایش میزان آبدوستی و نتیجتا افزایش کارایی غضا در حذف رنگدانهها میشود. برای شناسایی ساختار فلز - آلی سنتز شده از آنالیزهایی مانند TGA، SEM و BET استفاده شده است. جهت بررسی کارایی غشاء در حذف رنگدانه از آنالیز UV-Vis استفاده شده است.
واژه های کلیدی: غشاء، حذف رنگدانه، ساختار فلز - آلی
مقدمه
فیلتراسیون بر پایه غشا، فناوری مؤثری در صرفه جویی انرژیهای رایج است که برای تصفیه و نمکزدایی آب شور، آب بازیافتی و آب دریا به کار می رود. فیلتراسیون بر پایه غشا فواید دیگری از جمله جداسازی ناخالصی هایی نظیر آرسنیک و نیز ترکیبات آلی را پیشنهاد می کند که بسیار مضر بوده و حذف آنها برای سلامتی موجودات زنده ضرورت دارد .[1]غشای پلی وینیلیدن فلورید به دلیل مقاومت شیمیایی، مکانیکی، حرارتی و قابل استفاده بودن در محدوده وسیعی از pH در فیلتراسیون استفاده می شود. این غشاها به دلیل داشتن خواص همگون، آسانی تهیه در اندازه های مختلف و کنترل اندازه روزنه ها مورد توجه است3]،.[2 مشکل این غشاها طبیعت آبگریز آنها است. برای رفع این مشکل غشاها به روشهای مختلف اصلاح می شود.[4 ]
ساختارهای فلز- آلی1یکی از موادی هستند که اخیرا به عنوان پر کننده در غشاها مورد توجه قرار گرفته اند. MOF ها ساختارهای هیبریدی متشکل از اتصال دهندهی آلی و متصل کنندهی معدنی هستند که خواص منحصر به فردی از خود نشان میدهند. ترکیب خصوصیات مواد آلی و معدنی در یک ترکیب باعث بهبود عملکرد این ساختارها به عنوان پرکننده در غشا می-شود، بدین صورت که این ویژگی منحصر به فرد مورفولوژی محل اتصال پر کننده و ماترسی غشاء را کنترل می کند .[5]وجود اتصال دهندههای آلی در ساختار MOF باعث افزایش خاصیت آبدوستی غشاء پس از اضافه کردن آن به غشاء میشود. همچنین با توجه به ویژگی های منحصر به فرد این ساختارها، استفاده از آن به عنوان پرکننده در ماتریس غشاء، باعث بهبود خواص مکانیکی و همچنین پایداری حرارتی غشاها میشود .[6]در کار حاضر نیز MOF فلز مس در ماتریس پلی وینیلیدن فلورید غشا به عنوان پر کننده مورد استفاده قرار گرفت و عملکرد غشاء در برابر حذف رنگدانه های متیلن آبی و متیل نارنجی مورد بررسی قرار گرفت.آمده با سانتریفیوژ جدا شده و در شرایط خلاء در دمای 60 درجه سیلیسوس خشک شد.
تهیه غشا
مقادیر 0، 2، 5 و 10 درصد وزنی از MOF به پلی وینیلیدن فلورید در داخل حلال NMP اضاف شد و با استفاده از پروب اولتراسونیک به مدت 2 ساعت هم زده شد. هر یک از مخلوطهای حاصل به ضخامت 200میکرون روی شیشه ای کشیده شده و با قرار گرفتن در تماس با آب - ضدحلال - از آن جدا می شود. شرایط تهیه غشا ها در جدول 1 نشان داده شده است.
بخش تجربی
مواد
متیلن آبی، متیل نارنجی، ترفتالیک اسید، نیترات مس 6 آبه، DMF، پلی وینیل فلوراید و حلال .NMP با خلوص بالا از شرکت مرک خریداری شدند.
سنتز MOF
0,5 گرم نیترات مس و 0,3 گرم ترفتالیک اسید در 43,5 میلی لیتر دی متیل فرمامید تا به دست آمدن محلول شفاف هم زده شدند. محلول به دست آمده در اتو کلاو و در دمای تقریبی 120 درجه سیلیسیوس بخ مدت 2 روز واکنش داده شد. محصول به دست تمام آزمایش های نفوذ در دمای اتاق انجام می گیرد. برای اندازه گیری نفوذ از سل نانو فیلتراسیون استفاده شد. غشاها با استفاده از قالبی دایره ای شکل به قطر 2,19 سانتی متر بریده شد و روی توری فلزی بارگذاری گردید. بعد از بستن سل، مخزن پشت غشا که دارای حجم 300 میلی لیتری است با 50 میلی لیتر آب دیونیزه یا محلول های نمک پر شد.
از جریان گاز نیتروژن برای اعمال فشار 7 بار روی غشا استفاده می شود.میزان آب خروجی از سل بر حسب لیتر در فاصله های زمانی180 ثانیه ای جمع آوری شده و برای محاسبه نفوذپذیری مورد استفادهقرار می گیرند. نفوذ پذیری برای آب خالص بر حسب لیتر بر متر مربع بر ساعت است.برای اندازه گیری میزان جداسازی رنگدانهها، ابتدا غلظت 5*10-4M از متیلن آبی و متیل اورانژ تهیه شد. 50 میلی لیتر از محلول های مورد نظر را هر بار با 6 غشای مورد نظر تست کرده و جذبِ محلول های خارج شده از فیلتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر در max های مورد نظر، که برای متیلن آبی 665nm و برای متیل اورانژ 507nm است، محاسبه شد.
انجام آنالیز BET و TGA برای مطالعه ساختار MOF سنتز شده
جهت مطالعه میزان تخلخل و اندازه حفرات MOF سنتز شده آنالیز BET مورد استفاده قرار گرفت. همچنین برای مطالعه پایداری حرارتی و مچنین بررسی سنتز موفق MOF از آنالیز TGA بهره برده شد.
نفوذپذیری آب خالص
به منظور بررسی میزان آبدوستی سطح غشاهای نانوکامپوزیتی از تست نفوذپذیری آبخالص استفاده شد. نفوذپذیری آب خالص برای غشا بر طبق رابطه - 1 - محاسبه گردید .8
نتایج و بحث
بررسی ساختار MOF
آنالیز BET برای تشخیص میکرو متخلخل و یا نانو متخلخل بودن ساختار سنتز شده، مساحت سطح و همچنبن برای تعیی اندازه حفرات مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس شکل 1، ساختار سنتز شده میکرو متخلخل است. اندازه حفرات اندازه گیری شده حدود 2,3 نانومتر میباشد و MOF سنتز شده دارای مساحت سطح 505 مترمربع بر گرم میباشد.نتیجه آنالیز TGA انجام شده بر روی MOF سنتز شده در شکل 2 نشان داده شده است. بر این اساس، دو کاهش دما در دماهای 220 درجه و 310 درجه سیلیسوس دیده میشود که نشان دهندهی تشکیل ساختار MOF است. که تخریب اول مربوط به خروج DMF از ساختار MOF و تخریب دوم مربوط به ساختار MOF است.
