بخشی از مقاله
چکیده
در صنعت روش هاي گوناگون جداسازي مورد استفاده قرار می گیرد. فرایند هاي جداسازي از جنبه هاي گوناگون اقتصادي و زیست محیطی به طور روز افزون اهمیت خود را در زندگی ما آشکار می سازند.در این پژوهش از غشاي کامپوزیتی پلی استایرن براي جداسازي آب از ونیل استات به روش تراوش تبخیري استفاده شده است. سپس متغییرهاي مقادیر درصد وزنی پلیمر، ودرصد وزنی نانوسیلیکا ،ضخامت غشا در فرایند ساخت غشا وپارامترهاي مقدار غلظت ورودي خوراك، ومدت زمان انجام فرایند جداسازي مورد بررسی قرار گرفته است بررسی نتایج نشان داد که افزایش غلظت خوراك ورودي تاثیرمستقیم برشارعبوري و ضریب جداسازي غشا دارد.
-1 مقدمه
امروزه فرایندهاي غشایی به عنوان یک تکنیک مهم جداسازي مورد توجه قرار گرفته و کاربرد وسیعی در زمینه هاي مختلف پیدا کرده اند . هر فرایند جداسازي غشایی با استفاده از یک غشا ، موجب انتقال یک جزء به صورت انتخابی از دیگر اجزاء می شود . این جداسازي به دلیل اختلاف ها در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی غشا و اجزاء تراوایی می باشند . در واقع انتقال از درون غشا به دلیل یک نیروي محرکه اتفاق می افتد .که این نیروي محرکه می تواند گرادیان فشار ، غلظت ، پتانسیل الکتریکی یا دما باشد. فرایند تراوش تبخیري به عنوان یکی از انواع فرایندهاي غشایی در سال1917 توسط کوبر kobber معرفی شد .
[1] باتوجه به اینکه مکانیسم جداسازي در فرایند تراوش تبخیري بر پایه حلالیت نفوذ می باشد ، در مقایسه با مکانیسم فرایند تقطیر که بر پایه اختلاف در نقطه جوش می باشد از نظر اقتصادي مقرون به صرفه تر است.این فرایند ، فرآیندي غشایی است که در آن یک مایع در تماس مستقیم با یک غشا پلیمري متراکم - سمت خوراك - می باشد و در آن محصول نفوذ به عنوان بخار در طرف دیگر این غشا - طرف نفوذ - با استفاده ازکاهش فشار جزئی گرفته میشود.
در اغلب موارد این فشار نسبی با ایجاد یک خلاء و یا با استفاده از گاز حامل کاهش می یابد در واقع این فرایند یک روش براي جداسازي مخلوط مایعات توسط تبخیر جزئی از طریق یک غشاء متخلخل و یا غیر متخلخل است.[2]در این مقاله به ساخت غشا پلی استایرن با نانو سیلیکا براي جداسازي محلول وینیل استات/آب پرداخته شده است. روش ریختگري با فیلم کش براي تهیه غشاي پلی استایرن با نانو سیلیکا استفاده شد.
-2 پیشینه تحقیق
در سال 2014 تانیاپورن تانچاریرنرات و همکاران،اثر بارگزاري سیلیکا وابسته به نسبت آب، اندازه ذره، توزیع اندازه ذره، بازده پیوند و بازده کپسول سازي سیلیکا را مورد بررسی قرار دادند. یک تبدیل بالاي مونومر 86/6 درصد و نانو ذرات SBR-Sio2 با سایز 20 تا 50 نانومتر با یک توزیع محدود و ضریب پیوند %75/5 در یک غلیظ سازي سرفکتانت پایین 3 درصو وزنی به دست آمده نانو ذرات بدست آمده ریخت شناسی کرده با Sio2 به عنوان هسته و SBR را نمایش دادند، همانطور که پوسته توسط میکروگراف هاي TEM نشان داده شدند.
نانوذرات خوب توزیع شده ي SBR-Sio2 به خوبی با پلیمریزاسیون میکروآمولسیون در یک غلیظ سازي سرفکتانت پایین تر از وضعیت مناسب ترکیب شدند. در نتیجه غشاي NBR/SBR-Sio2 می توانند براي جداسازي آب از ترکیبات آب- اتانول با انتخاب پذیري بالاي آب استفاده شوند[3]در سال 2015 هامادرا وکومار راي بر روي جداسازي اتانول از اب توسط فرایند تراوش تبخیري وبا استفاده از غشاي ماتریس کوپلیمر کار کردند.خاك رس در پلیمر در طول سنتز از بوتیل اکریلات ومونومر استایرن توسط پلیمریزاسیون امولیسیونی در اب گنجانده شد.
این غشاها براي جداسازي 2.5تا 15درصد اتانول از اب توسط فرایند تراوش تبخیري استفاده شد [ 4 ] .در سال 2015 آناستازیا پنکوا، گالینا پولوتسکا ، الکساندر تویکا به ساخت و بررسی ویژگی هاي فیزیو شیمیایی غشاي نانو کامپوزیت 2و6 دي متیل 1 –و4 فنیلین اکسید - - PP پرداختند. در این غشا تا 3 درصد وزنی از ذرات نانو به کاربرده شد. نتایج نشان داد با افزایش دما نفوذپذیري غشاي کامپوزیتی افزایش یافته در حالی که انتخاب پذیري تقریبا ثابت بوده است .[5]در سال 2015 هیمادري سخار و سامیت کومار به ساخت و بررسی غشاي ماتریس مخلوطی از کوپلیمر بوتیل اکریلات و استایرن پرداختند که در آن از ذرات رس به عنوان پرکننده استفاده گردیده است. از این غشا براي جداسازي 2/5 تا 15 درصد وزنی اتانول از آب توسط فرآیند تراوش تبخیري استفاده گردید.
نتایج نشان داد بهترین جداسازي در 2 درصد وزنی ذرات خاك رس و 30 درجه سانتیگراد بدست آمده است .[6]در سال 2016 سیدهارتا مولیک و همکاران ، به ساخت غشاي مقاوم کیتوزان براي بررسی یک بستر مقاوم در برابر حلال آب دوست توسط فرآیند تراوش تبخیري پرداختند. در این مقاله بررسی پارامترهایی از جمله غلظت خوراك، نفوذ و ضخامت غشا در نظرگرفته شد. نتایج نشان داد هر دو غشاي کیتوزان اصلاح نشده و تترا اورتو سیلیکات، غشاي شبکه اي تشکیل داده و موفق به جداسازي 4/6 درصد وزنی آب از خوراك گردید [7]
-3 مواد و روش ها
-1-3 مواد
پلی استایرن،متیل اتیل کتون،ونیل استات،نانوسیلیکا
-2-3 ساخت غشاء
-1-2-3 ساخت غشا بدون استفاده از نانو سیلیکا
براي ساخت غشا ابتدا پلیمر پلی استایرن وحلال متیل اتیل کتون را با استفاده از ترازو براي ساخت ترکیب درصدهاي وزنی 10،12،15،20 ،8در مقادیر مختلف اندازه گیري کرده، سپس پلیمر وحلال اندازه گیري شده رادرون یک بشر بر روي یک همزن قرار داده ، پس از اینکه پلیمر به خوبی درون حلال حل شد ، بشر حاوي مواد ساخت غشا را از روي همزن برداشته و براي مدت 10 الی 20 دقیقه صبر کرده تا از عدم وجود حباب هاي هوا اطمینان حاصل شود. سپس محصول حاصل شده توسط فیلم کش با ضخامت هاي 75،100،150 میکرومتر روي صفحه شیشه اي کشیده شده است. بعد از آن که غشا در محیط و در معرض هواي خشک قرار گرفت، غشا به آرامی از روي شیشه جدا شده و قسمت همگن و یکدست غشا براي انجام تست بر روي مدول قرار می گیرد.
-2-2-3ساخت غشا با استفاده از نانو سیلیکا
براي ساخت غشا با استفاده ازنانو سیلیکا، همانند فرایندي که در بالا براي ساخت غشا بدون استفاده از نانو سیلیکا ذکر شد، مراحل تکرار می شود با این تفاوت که بعد از اینکه بشر حاوي پلیمر وحلال را از روي همزن برداشتیم ودقایقی به جهت اطمینان یافتن از عدم وجود حباب هاي هوا زمان را سپري کردیم، مقادیرمشخص نانو ذره سیلیکا را اضافه نموده وبشر را به مدت 50دقیقه ودردماي محیط وارد حمام التراسونیک قرار داده وبعد از این مدت زمان، همانند فرایند بدون نانو عمل خواهیم کرد.
-3-3 روش تست غشا
براي انجام تست غشاي ساخته شده، ابتدا قسمت همگن و یکدست غشا را جدا کرده و براي جلوگیري از پاره شدن غشا در طی انجام فرایند، غشا را درون کاغذ صافی گذاشته و مدول را می بندیم. در ظرف خوراك، مقدار خوراك مورد نظر را قرار داده و به وسیله شیلنگ که بالاي مدول قرار داشته، خوراك بر روي غشا ریخته شد. سپس تله خوراك به پمپ خلا وصل شده و دستگاه تست غشا تحت فشار خلا ثابت 0.8 بار روشن گردید. پس از گذشت 55 دقیقه از انجام فرایند، خوراك جداسازي شده در درون تله خوراك جمع آوري گردید.
-4 نتایج حاصل از آزمایشات تراوش تبخیري
-1-4 نتایج مقادیر فلاکس وینیل استات خروجی در غلظت هاي متفاوت خوراك در دماي 22 °C در جدول - 1 - میزان فلاکس خروجی ازغشا در غلظت هاي متفاوت از وینیل استات ورودي در دماي 22° درجه سانتی گراد - دماي اتاق - آورده شده است.
