بخشی از مقاله
چکیده
در صنعت روش های گوناگون جداسازی مورد استفاده قرار می گیرد. فرایند های جداسازی از جنبه های گوناگون اقتصادی و زیست محیطی به طور روز افزون اهمیت خود را در زندگی ما آشکار می سازند.در این پژوهش از غشای کامپوزیتی پلی آمید برای جداسازی آب از تولوئن به روش تراوش تبخیری استفاده شده است. سپس متغییرهای مقادیر درصد وزنی پلیمر، ودرصد وزنی نانوسیلیکا ،ضخامت غشا در فرایند ساخت غشا وپارامترهای مقدار غلظت ورودی خوراک، ومدت زمان انجام فرایند جداسازی مورد بررسی قرار گرفته است بررسی نتایج نشان داد که افزایش غلظت خوراک ورودی تاثیرمستقیم برشارعبوری و ضریب جداسازی غشا دارد.
-1 مقدمه
امروزه فرایندهای غشایی به عنوان یک تکنیک مهم جداسازی مورد توجه قرار گرفته و کاربرد وسیعی در زمینه های مختلف پیدا کرده اند . هر فرایند جداسازی غشایی با استفاده از یک غشا ، موجب انتقال یک جزء به صورت انتخابی از دیگر اجزاء می شود . این جداسازی به دلیل اختلاف ها در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی غشا و اجزاء تراوایی می باشند . در واقع انتقال از درون غشا به دلیل یک نیروی محرکه اتفاق می افتد .که این نیروی محرکه می تواند گرادیان فشار ، غلظت ، پتانسیل الکتریکی یا دما باشد. فرایند تراوش تبخیری به عنوان یکی از انواع فرایندهای غشایی در سال1917 توسط کوبر kobberمعرفی شد .[1] باتوجه به اینکه مکانیسم جداسازی در فرایند تراوش تبخیری بر پایه حلالیت نفوذ می باشد ، در مقایسه با مکانیسم فرایند تقطیر که بر پایه اختلاف در نقطه جوش می باشد از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر است.
این فرایند ، فرآیندی غشایی است که در آن یک مایع در تماس مستقیم با یک غشا پلیمری متراکم - سمت خوراک - 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 برای جداسازی 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 برای جداسازی محلول وینیل استات/آب پرداخته شده است. روش ریختگری با فیلم کش برای تهیه غشای پلی استایرن با نانو سیلیکا استفاده شد.
-2 پیشینه تحقیق
در سال 2014 تانیاپورن تانچاریرنرات و همکاران،اثر بارگزاری سیلیکا وابسته به نسبت آب، اندازه ذره، توزیع اندازه ذره، بازده پیوند و بازده کپسول سازی سیلیکا را مورد بررسی قرار دادند. یک تبدیل بالای 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 سازی 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 های TEM نشان داده شدند.
نانوذرات خوب توزیع شده ی SBR-Sio2 به خوبی با پلیمریزاسیون میکروآمولسیون در یک غلیظ سازی سرفکتانت پایین تر از وضعیت مناسب ترکیب شدند. در نتیجه غشای NBR/SBR-Sio2 می توانند برای جداسازی آب از ترکیبات آب- اتانول با انتخاب پذیری بالای آب استفاده شوند[3]در سال 2015 هامادرا وکومار رای بر روی جداسازی اتانول از اب توسط فرایند تراوش تبخیری وبا استفاده از غشای ماتریس کوپلیمر کار کردند.
خاک رس در پلیمر در طول سنتز از بوتیل اکریلات ومونومر استایرن توسط پلیمریزاسیون امولیسیونی در اب گنجانده شد.این غشاها برای جداسازی 2,5تا 15درصد اتانول از اب توسط فرایند تراوش تبخیری استفاده شد [ 4 ] .در سال 2015 آناستازیا پنکوا، گالینا پولوتسکا ، الکساندر تویکا به ساخت و بررسی ویژگی های فیزیو شیمیایی غشای نانو کامپوزیت 2و6 دی 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 نفوذپذیری غشای کامپوزیتی افزایش یافته در حالی که انتخاب پذیری تقریبا ثابت بوده است .[5]در سال 2015 هیمادری سخار و سامیت کومار به ساخت و بررسی غشای ماتریس مخلوطی از کوپلیمر بوتیل اکریلات و استایرن پرداختند که در آن از ذرات رس به عنوان پرکننده استفاده گردیده است. از این غشا برای جداسازی 2/5 تا 15 درصد وزنی اتانول از آب توسط فرآیند تراوش تبخیری استفاده گردید.
نتایج نشان داد بهترین جداسازی در 2 درصد وزنی ذرات خاک رس و 30 درجه سانتیگراد بدست آمده است .[6]در سال 2016 سیدهارتا مولیک و همکاران ، به ساخت غشای مقاوم کیتوزان برای بررسی یک بستر مقاوم در برابر حلال آب دوست توسط فرآیند تراوش تبخیری پرداختند. در این مقاله بررسی پارامترهایی از جمله غلظت خوراک، نفوذ و ضخامت غشا در نظرگرفته شد. نتایج نشان داد هر دو غشای کیتوزان اصلاح نشده و تترا اورتو سیلیکات، غشای شبکه ای تشکیل داده و موفق به جداسازی 4/6 درصد وزنی آب از خوراک گردید [7]
-3 مواد و روش ها
-3-1 مواد
پلی آمید،دی متیل استامید،تولوئن،نانوسیلیکا
-2-3 ساخت غشا
-1-2-3 ساخت غشا بدون استفاده از نانو سیلیکا
برای ساخت غشا ابتدا پلیمر پلی آمید وحلال دی متیل استامید را با استفاده از ترازو برای ساخت ترکیب درصدهای وزنی 10،12،15،20 ،8در مقادیر مختلف اندازه گیری کرده، سپس پلیمر وحلال اندازه گیری شده رادرون یک بشر بر روی یک همزن قرار داده ، پس از اینکه پلیمر به خوبی درون حلال حل شد ، بشر حاوی مواد ساخت غشا را از روی همزن برداشته و برای مدت 10 الی 20 دقیقه صبر کرده تا از عدم وجود حباب های هوا اطمینان حاصل شود. سپس محصول حاصل شده توسط فیلم کش با ضخامت های 75،100،150 میکرومتر روی صفحه شیشه ای کشیده شده است. بعد از آن که غشا در محیط و در معرض هوای خشک قرار گرفت، غشا به آرامی از روی شیشه جدا شده و قسمت همگن و یکدست غشا برای انجام تست بر روی مدول قرار می گیرد.
-2-2-3ساخت غشا با استفاده از نانو سیلیکا
برای ساخت غشا با استفاده ازنانو سیلیکا، همانند فرایندی که در بالا برای ساخت غشا بدون استفاده از نانو سیلیکا ذکر شد، مراحل تکرار می شود با این تفاوت که بعد از اینکه بشر حاوی پلیمر وحلال را از روی همزن برداشتیم ودقایقی به جهت اطمینان یافتن از عدم وجود حباب های هوا زمان را سپری کردیم، مقادیرمشخص نانو ذره سیلیکا را اضافه نموده وبشر را به مدت 50دقیقه ودردمای محیط وارد حمام التراسونیک قرار داده وبعد از این مدت زمان، همانند فرایند بدون نانو عمل خواهیم کرد.
-3-3 روش تست غشا
برای انجام تست غشای ساخته شده، ابتدا قسمت همگن و یکدست غشا را جدا کرده و برای جلوگیری از پاره شدن غشا در طی انجام فرایند، غشا را درون کاغذ صافی گذاشته و مدول را می بندیم. در ظرف خوراک، مقدار خوراک مورد نظر را قرار داده و به وسیله شیلنگ که بالای مدول قرار داشته، خوراک بر روی غشا ریخته شد. سپس تله خوراک 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، خوراک جداسازی شده در درون تله خوراک جمع آوری گردید.
