بخشی از مقاله
چکیده
غشاهای سرامیکی متخلخل مزایای مختلفی از جمله مقاومت گرمایی، شیمیایی و مکانیکی خوب، میکروساختار قابل کنترل و قابلیت استفاده طولانی مدت بدون افت قابل توجه خواص دارند و احیای آنها به راحتی امکان پذیر است. در سالهای اخیر از این غشاها در صنایع مختلف شیمیایی و محیط زیستی به طور وسیعی استفاده شده است، که از جمله میتوان به تصفیهی آبهای سطحی، تصفیهی فاضلابهای صنعتی، حذف رنگ از فاضلاب منسوجات نساجی، تصفیهی آبهای آلوده به روغن و آفت کشها ا شاره کرد. علم تولید غ شاهای سرامیکی در طول دو دههی گذ شته ر شد سریعی دا شته ا ست. در این پژوهش رو شی نوین و کاربردی برای تهیهی غ شاهای سرامیکی چند لایه ارائه شده ا ست. سپس غ شای سرامیکی تهیه شده با این روش مورد بررسی و آزمایش قرار گرفته است. نتایج نشان داد که متوسط توزیع اندازه حفرات در حدود 1 ʽmو شار تراوه در حدود 480 L/m2.h ا ست که در مورد غ شاهای سرامیکی محدودهی میکروفیلترا سیون ب سیار مطلوب ا ست. از این غ شاءها میتوان در حذف روغن از پسابهای آب/روغن استفاده کرد.
کلمات کلیدی: غشای سرامیکی، میکروفیلتراسیون، تعیین مشخصات، محیطزیست.
.1 مقدمه
علم تولید غ شاهای سرامیکی در طول دو دهه گذ شته ر شد سریعی دا شته ا ست. علاقه به غ شاهای سرامیکی همزمان با فرایندهای جدید و برنامههای کاربردی جدید افزایش یافته است.[1] سرامیکها بهوسیلهی ترکیب یک فلز - مثل آلومینیوم، تیتانیوم یا زیرکونیوم - با یک غیرفلز به شکل اکسید، نیترید و یا کربید تشکیل می شوند. غشاهای سرامیکی تهیه شده از این مواد، گروه اصلی غشاهای معدنی را تشکیل میدهند، که اکسید آلومینیوم - Al2O3 - و اکسید زیرکونیوم - ZrO2 - بهعنوان مهمترین نمونهها هستند. این غشاها بهطور معمول توسط فرایند سل-ژل تهیه میشوند.[2] غشاهای سرامیکی متخلخل با دارا بودن مزایای مختلفی، از جمله: مقاومت حرارتی، شیمیایی و مکانیکی بهتر، به تازگی توجه زیادی را در جامعه علمی به خود جلب کرده اند. بهطور عمده آنها برای برنامههای کاربردی در شرایط سخت دمایی، یا مواد شیمیایی مهاجم مانند حلالها و اسیدهای قوی و یا محلولهای بازی استفاده میشوند. غشای سرامیکی متخلخل همچنین کنترل میکرو ساختار خوبی دارند و آلودگی کمی به محیط زیست ما وارد میکند. آنها همچنین دارای طول عمر بالا، هزینه تولید مناسب، تمیز کردن آسان، مصرف انرژی پایین هستند.
دراین شرایط، غشاهای پلیمری ارزانتر با ثبات محدودی عمل میکنند. آنها بهطور کلی میتوانند درجه حرارت زیر 100 C، را تحمل کنند و در ب سیاری از حلالها، ا سیدهای قوی و بازها حل می شوند. سرامیکها، بهطور کلی پایداری حرارتی و شیمیایی بسیار بالایی نسبت به پلیمرها دارند . آنها بسیار مقاوم در برابر طیف وسیعی از عوامل تمیز کننده به منظور خلاص شدن از جرم گرفتگی هستند و میتوان آنها را در دمای بالا استریل کرد. از جمله ویژگیهای مناسب دیگر میتوان به لایهی میکروفیلتر مانند با تخلخل سطحی بالا، اندازهی منافذ سطح مناسب، نفوذپذیری بالا، زبری سطح مناسب، مقاومت میکرو بیولوژیکی، کاهش گرفتگی و غیره توجه کرد.[11-3] کاربردهای این غشاها در چندین زمینه از جمله: تصفیهی آبهای سطحی، تصفیهی فاضلابهای صنعتی، حذف رنگ از فاضلاب منسوجات، تصفیهی آبهای روغنی و آفت کشها مورد تحقیق قرار گرفته است.[11 ,6] عملکرد جداسازی غشاهای سرامیکی به طور مستقیم با مورفولوژی غشا در ارتباط است.[12]
.2 مواد و روش تحقیق
برای ساخت این غشای سرامیکی متخلخل از دو ماده معدنی آلفا آلومینای متفاوت با سایز ذرات 10 ʽm و 1 ʽm و یک چسب سلولزی استفاده شد. برای تهیهی غشا، دوغابهایی با استفاده از آلفا آلومینای با سایز ذرات 10 ʽm و چسب سلولزی تهیه شدند. سپس محلول حاصل در قالبهای مخصوصی که از پیش تهیه شده اند، ریخته شد. پس از خشک شدن، غشا که شکل یک دیسک به قطر 46 mm و ضخامت 4/5 mm را به خود گرفته از قالب جدا شده و در کوره ای با نرخ دمایی 2/5 C از دمای محیط تا دمای 1400 C پخت گردید. پس از پخت لایهی اول، لایهی دوم که محلول رقیقی از آلفا آلومینای با سایز ذرات 1 ʽm میباشد روی لایهی اول اسپری شد. پس از این مرحله، دومین مرحلهی پخت با همان شرایط قبل صورت گرفت.
عملکرد جدا سازی غ شاهای سرامیکی به طور م ستقیم با مورفولوژی غ شا در ارتباط ا ست. به همین منظور از د ستگاه میکرو سکوپ الکترونی روبشی - SEM1 - استفاده گردید. تصاویر بدست آمده در شکلهای 1 و 2 مشاهده میگردد.همان گونه که در این شکل 1 مشاهده میگردد، سطح غشای تهیه شده بی نقص بوده و از توزیع حفرات یکنواختی برخوردار است. در این تصویر به وضوح ذرات آلفا آلومینا مشاهده میگردد.
شکل 2 که تصویری از مقطع عرضی است، دو لایه ی مختلف غشا و متراکم تر بودن لایهی نازک بالایی نسبت به لایهی پایین را نشان میدهد. لایهی پایین از بافت بسیار متخلخل تری برخوردار بوده و دارای ذرات بزرگ تری نسبت به لایهی بالایی میباشد. در این تصویر مشاهده میگردد که ضخامت لایهی بالایی 20 µ تا 30 میباشد. برای انجام آزمایشها مدولی مورد نیاز بود که به خوبی غشا را آب بندی کند و نشتی مشاهده نگردد. به همین منظور مدولی طراحی و ساخته شد که به خوبی به این نیاز پاسخ داد. برای غشاهای سرامیکی میکرومتخلخل توزیع اندازهی حفرات بین 0,05 µ تا 10 µ است .[13] برای بدست آوردن توزیع حفرات از سیستمی که به صورت شماتیک در شکل 3 نشان داده شده است، برای این غشای تهیه شده، توزیع اندازهی حفرات حدود 1 ʽm به دست آمد. تخلخل غشاها نیز اندازهگیری شد. شکل -3 سیستم اندازهگیری توزیع حفرات غشا: -1 کپسول نیتروژن -2 شیر کنترل فشار -3 فشارسنج -4 مدول که غشا درون آن قرار دارد -5 دبی سنج مقدار تخلخل برای این غشای متخلخل سرامیکی نیز اندازهگیری شد که بین 60 تا 70 درصد بدست آمد که بسیار مطلوب میباشد. میزان شار تراویده از این غشای تهیه شده 480L/m2.h اندازهگیری شد، که این میزان شار تراویده در محدودهی میکزوفیلتراسیون از موفقیتهای بارز این پژوهش محسوب میگردد.
