بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به کاربردهای متعدد غشاهای نانوفیلتراسیونی از قبیل جداسازی و خالص سازی گازهای ارزشمند در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی، جداسازی مواد ارزشمند دارویی - سفالوپورینها - و غذایی - پروتئینها - از پسابهای کارخانههای داروسازی و صنایع لبنی، رسیدن به فناوری ساخت غشاهای نانوفیلتراسیونی بسیار حائز اهمیت است. در این تحقیق با استفاده از فناوری نانوکامپوزیتها، غشاهای نانوفیلتراسیونی با ساختارهای چند لایهای تهیه شدهاند. نتایج حاصل از بررسی ریزساختار لایههای رویی غشاها نشان میدهد که ریزساختار این لایهها در مقیاس نانومتری کنترل شده به طوریکه اندازه حفرهها در محدوده باریکی بین ٢ تا ٦ نانومتر توزیع شدهاند.
مقدمه
غشاهای نانوفیلتراسیونی در حالت کلی به دو گروه؛ غشاهای نانوفیلتراسیون پلیمری و غشاهای نانوفیلتراسیون غیرآلی سرامیکی تقسیمبندی میشوند. الیته غشاهای سرامیکی به دلیل مقاومت حرارتی و مکانیکی بالا، پایداری شیمیایی بالا در محیطهای خورنده و اسیدی، بیشتر مورد توجه مراکز تحقیقاتی و محققین قرار گرفتهاند - ١-٣ - . غشاهای نانوفیلتراسیون سرامیکی با ساختارهای چندلایهای نامتقارن مطابق شکل ١، بالاترین کارایی را از نظر نفوذپذیری و انتخابگری دارند که به این نوع غشاها، غشاهای سرامیکی-کامپوزیتی” گفته میشود.
این نوع غشاها شامل سیستم نگهدارنده متخلخل که استحکام مکانیکی لازم و طرح نهایی غشا را تعیین میکند، لایههای میانی که علاوه بر ریزتر کردن اندازه حفرهها باعث حذف معایب احتمالی موجود در سطح سیستم نگهدارنده و آماده شدن سطح برای کشیدن لایههای رویی نهایی میشود، لایههایرویی غشا که نقش اصلی غشا را بازی میکنند وعمدتا با ضخامتهای میکرونی تهیه میشوند - ٤،٢و٥ - . کنترل ریزساختار لایههای رویی در ساخت غشاهای نانوفیلتراسیون سرامیکی بسیار حائز اهمیت است.
برای ساخت لایههای رویی با ریزساختارهای نانومتری، باید از تعلیقیهایی استفاده کرد که شامل پودرهای سرامیکی نانومتری باشند. بنابراین رسیدن به فناوری تولید پودرهای نانومتری و کنترل ریزساختار لایههای رویی غشاها در مقیاسهای نانومتری هدف اصلی کارهای تحقیقاتی در این زمینه است، در این تحقیق، استفاده از ریزساختارهای نانوکامپوزیتی در لایههای رویی غشاها برای کنترل ریزساختار آنها در مقیاسهای نانومتری در نظر گرفته شده است به طوریکه با توزیع ذرات نانومتری فاز دوم در بین ذرات فاز زمینه، بتوان به ریزساختارهای نانومتری همگن، اندازه حفرههای نانومتری و توزیع باریکی از اندازه حفرهها در لایههای رویی غشاهای نانوفیلتراسیون سرامیکی رسید. این نوع غشاها تحت عنوان غشاهای سرامیکی-نانوکامپوزیتی نیز معرفی میشوند.
تجربی
سیستمهای نگهدارنده متخلخل غشاها با طرح لولهای و به روش قالبریزی ﮊل که یکی از روشهای نوین شکلدهی قطعات سرامیکی است - ٦-٩ - ، تهیه شدهاند. مشخصات این سیستمها که روی خواص نهایی غشا بسیار موثر هستند - ١٠ - ، در جدول ١ ارایه شده است. لایه های میانی این غشاها نیز از جنس آلومینا و به روش غوطهورسازی پوششدهی شدهاند - ٥ - . برای پوشش دادن لایههای رویی از تعلیقیهای دو جزئی آلومینا-سریا در مقیاسهای نانومتری استفاده شده است.
این تعلیقیها شامل پودر آلومینا با انداره متوسط ٥٠ نانومتر به عنوان فاز زمینه و پودر سریا با انداره متوسط ٣٠ نانومتر به عنوان فاز دوم هستند. پودر نانومتری آلومینا با روشی تحت عنوان “ﮊل-پلیاکریلآمید” تولید شده است - ١١ - و پودر نانومتری سریا نیز از شرکت استرالیایی به نام ١1شA خریداری شده است - شکل ٢ - . کارهای تحقیقی گستردهای روی پایداری تعلیقیهای دوجزیی نانومتری صورت گرفته - ١٢و٣ - و بهترین شرایط پایداری - جدول ٢ - برای ساخت لایههای رویی غشاها در نظر گرفته شده است.
