بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش برای حذف منگنز به عنوان یکی از فلزات سنگین موجود در پسابهای صنایع شیمیایی و نیز یکی از رادیوایزوتوپهای تولید شده القایی در آب راکتورهای هستهای، از فرآیند غشایی نانوفیلتراسیون استفاده شده است. غشای مورد نظر از پلیمر پلی اتر سولفون و به روش وارونگی فازی تهیه شد و برای افزایش خواص غشا از پلی وینیل پیرولیدون به عنوان یک افزودنی آبدوست در محلول پلیمری استفاده گردید. اثر پارامترهایی چون درصد پلیمر، پلی وینیل پیرولیدون و غلظت یون منگنز به عنوان عوامل موثر بر حذف منگنز مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان میدهد شرایط بهینه برای حذف منگنز در 20 درصد وزنی پلی اتر سولفون 0/25 درصدوزنی پلی وینیل پیرولیدون با غلطت یون منگنز 2 ppm بدست آمد که در این حالت شار عبوری برابر21/99 لیتر بر متر مربع بر ساعت و درصد زدایش منگنز %81/47 میباشد.
کلمات کلیدی: منگنز، پلی اتر سولفون، وارونگی فازی، پلی وینیل پیرولیدون،
مقدمه
امروزه آلودگی آبها توسط فلزات سنگین یکی از مهمترین نگرانی محققین از نقطه نظر زیست محیطی است. در میان فلزات سنگین، منگنز که در طی فعالیت صنایع مختلف شیمیایی به محیط زیست رها شده آلودهکننده بسیار رایج در پسابها و آبهای زیرزمینی است. از سوی دیگر این عنصر به عنوان یک رادیوایزوتوپ - منگنز- - 54 در آب راکتور نیروگاههای هستهای یافت میشود که در طی فرآیند انحلال و فرسایش تجهیزات استیل بکار رفته درراکتورهای هستهای وارد آب راکتور شده و در نهایت از طریق پرتوزایی القایی تولید میشود. حضور این عنصر در محیط زیست و در نتیجه، ورود آن به بدن موجودات زنده صدمات و عوارض جبران ناپذیری را به دنبال دارد. بنابراین حذف آن از پساب صنایع شیمیایی و آب راکتور بسیار ضروری و مهم است.
روشهای مختلفی مانند رسوب دهی شیمیایی، تبادل یونی، جذب سطحی، شناورسازی،تصفیه الکتروشیمیایی، فیلتراسیون غشایی و... برای حذف این یون از پساب ها ارایه شده است..[1] در بین این روشها، استفاده از فرآیند غشایی بر پایه نیرو محرکه فشار بدلیل عدم تغییر فاز، راندمان بالا برای محلول های رقیق، عدم تولید پسمانهای ثانوی و ... نسبت به سایر روشها از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. .[2] اما فرایند نانوفیلتراسیون به عنوان یکی از فرآیندهای غشایی بواسطه استفاده از فشارهای پایین و در نتیجه مصرف انرژی پایین، شار عبوری بالا در مقایسه با اسمز معکوس و در نهایت توانایی بالای آن در حذف یونهای دو یا چند ظرفیتی توجه محققین را در این زمینه به شدت به خود معطوف کرده است و در تهیه غشاهای مورد استفاده در این حیطه، غالبا از پلیاتر سولفون بدلیل خواص شیمیایی، حرارتی و مقاومت مکانیکی اش استفاده شدهاست.
از معایب این نوع غشا آبگریزی و گرفتگی بالا است که افزایش قدرت آبدوستی یک روش خوب برای بهبود عملکرد این نوع غشاها میباشد. برای این منظور از روشهایی چون پرتوافکنی فرابنفش، ترکیب با مواد آبدوست، پیوند پلیمریزاسیون، پیوند پلاسما و غیره برای اصلاح غشا استفاده شده که در این بین مخلوط کردن با مواد غیرآلی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.[3] بنابراین، در این تحقیق از پلی اتر سولفون برای تهیه غشای نانوفیلتر و پلیوینیلپیرولیدون به عنوان یک افزودنی آبدوست برای افزایش خاصیت آبدوستی و شار عبوری آن استفاده شده است و در ادامه تاثیر مقادیر مختلف پلی وینیل پیرولیدون، پلی اتر سولفون و یون منگنز به عنوان عوامل موثر بر شار عبوری و درصد زدایش آن مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روشها
در این پروژه از پلیاترسولفون با جرم مولکولی 58000 g/mol تهیه شده از شرکت BASF آلمان و ان-متیل-2 پیرولیدون با جرم مولکولی 99/13 g/mol به عنوان حلال و پلی وینیل پیرولیدون با جرم مولکولی g/mol 25000 به عنوان افزودنی آبدوست به محلول پلیمری، که هر دو از شرکت مرک آلمان تهیه شده استفاده گردید.باقی مواد با درجه خلوص تجزیهای از شرکت مرک یا فلوکا تهیه شده است. برای تهیه غشا، درصد مشخصی از پلی اتر سولفون بتدریج به 50میلی لیتر حلال ان-متیل--2پیرولیدون اضافه شده و اجازه داده شد تا مخلوط طی مدت 24 ساعت با سرعت 200 دور در دقیقه توسط همزن مکانیکی جهت حصول به محلول شفافی هم زده شود و پس از آن برای از بین رفتن حبابهای موجود در محلول، این ترکیب ابتدا به مدت 15 دقیقه درون اولتراسونیک و سپس 24 ساعت در محیط قرار داده شد. در ادامه این محلول توسط دستگاه فیلمکش به صورت یک فیلم نازک روی شیشه، فیلمکشی و برای 24 ساعت درون ظرفی حاوی آب گذاشته شد تا طی پدیده وارونگی فازی خلل و فرج لازم بر روی آن ایجاد گردد.
در نهایت غشاهای تهیه شده به مدت 24 ساعت در محیط آزاد قرار گرفت تا کاملا خشک شود. برای تهیه غشاهای حاوی پلی وینیل پیرولیدون، ابتدا درصد مشخصی از پلی وینیل پیرولیدون به حلال اضافه شده و به مدت 20 دقیقه درون اولتراسونیک قرار داده می شود سپس مانند قبل پلی اتر سولفون به محلول اضافه می گردد.جهت انجام آزمونهای تراوایی غشاهای سنتز شده از سیستم غشایی که شماتیک آن در شکل 1 نشان داده شده استفاده شد در این سیستم، خوراک به صورت عرضی از سطح غشا عبور داده میشود. همچنین برای محاسبه شار عبوری از غشا از رابطه 1 استفاده شده است که در آن V حجم مایع عبور کرده از غشا با سطح مقطع A در مدت زمان t میباشد. برای بررسی درصد زدایش منگنز توسط غشاهای سنتز شده از آنالیز اسپکتروفتومتری فرابنفش استفاده شده است که در آن با استفاده از تشکیل کمپلکسهای رنگی
