بخشی از مقاله
چکیده
پلی وینیل کلراید - PVC - به دلیل قیمت کم، مقاومت مکانیکی و شیمیایی بالا و پایداری حرارتی عالی آن امیدبخش ساخت غشاهای ارزانتر و کاهش هزینهها در صنعت است. در این مقاله غشاهای صفحه تخت پلی وینیل کلراید با روش وارونگی فازی با درصدهای 10 تا 15 درصد وزنی پلی وینیل کلراید و NMP ساخته شدند و خواص آنها مورد بررسی قرار گرفت تا مشخص گردد از غشاهای ساخته شده از PVC میتوان در اولترافیلتراسیون غشایی استفاده کرد. نتایج بدست آمده حاکی از پتانسیل بالای این نوع غشاها برای بکارگیری در سیستم الترافیلتراسیون است که میتوان آینده خوبی را برای آن در نظر گرفت.
کلمات کلیدی:اولترافیلتراسیون غشایی، غشای پلی وینیل کلراید، غشای صفحه تخت، فیلتراسیون.
-1مقدمه:
امروزه فناوری فیلتراسیون غشایی به سرعت در حال رشد و توسعه است. بسیاری از این فرآیندها در نیم قرن اخیر کاملا توسعه یافتهاند و علاوه بر مصارف آزمایشگاهی و آکادمیک ، در واحدهای صنعتی بزرگ نیز به وفور مورد استفاده قرار میگیرند. اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون، اولتراقیلتراسیون و میکروفیلتراسیون از جمله فرآیندهای فیلتراسیون غشایی میباشند.نیرومحرکه انتقال مواد از میان غشا در فرایندهای فیلتراسیون غشایی اختلاف فشار دو طرف غشا است. در این غشاها انتقال مواد از درون حفرات ریز موجود در ساختار غشا اتفاق میافتد. بدین دلیل در فرایندهای فیلتراسیون مایع، از غشاهای متخلخل لستفاده میشود.اندازه حفرات در این غشاها متفاوت است که در جدول شماره 1 مشاهده میکنید.اولترافیلتراسیون معمولا برای جداسازی مخلوطهایی که بعضی از مواد آن مطلوب و بعضی دیگر نامطلوب هستند مورد استفاده قرار میگیرد.
جداسازی در این غشاها علاوه بر اندازه ذرات به بار ذرات نیز بستگی دارد. شکرها ، بیومولکولها ، پلیمرها و ذرات کلوئیدی از موادی هستند که معمولا با این فرآیند قابل جداسازی میباشند. [1] فرآیندهای جداسازی غشایی در دو دهه اخیر به دلیل هزینه عملیاتیکم و راندمان بالا آنها مورد توجه قرار گرفتند. در این زمینه غشاهای متخلخل مختلفی از انواع پلیمرها مانند پلی اتر سولفون [2] - PES - ×، پلی سولفون [3] - PSf”، پلی وینیلیدین فلوراید [4] “PVDF”، سلولز استات [5] “CA”، پلی اکریلونیتریل - × [6,7] - PANو یا ترکیبی از آنها با یکدیگر×[8,9]ساخته شدهاند.PVC× به دلیل قیمت کم، مقاومت مکانیکی و شیمیایی بالا و پایداری حرارتی عالی آن امیدبخش ساخت غشاهای ارزانتر و کاهش هزینهها در صنعت است. PVCبه راحتی در حلالهای ارگانیک مانند نرمال متیل پیرولیدون - NMP - ، دی متیل استامید - DMAc - ، دی متیل فورمامید - DMF - و تترا هیدروفوران × - THF - حل میشود که این باعث می شود PVC×برای ساخت غشاهای صنعتی مناسب باشد.
-2مواد و روش ها:
-1-2مواد
در این پژوهش از پودر پلی وینیل کلراید از شرکت پتروشیمی اروند خوزستان و حلال NMP از شرکت دایجونگ استفاده شد.
-2-2تعیین ویژگی های غشا
-ساخت محلول پلیمری:
ابتدا پودر پی وی سی را در آون در دمای 70 درجه سلسیوس خشک کرده و پس از آن، آن را به حلال NMP اضافه میکنیم و محلول 18 درصد وزنی را با استفاده از همزن مکانیکی به مدت یک شبانه روز میسازیم ، سپس با استفاده از NMP محلول را برای ساخت غشا با درصدهای مختلف رقیق میکنیم. پس از آن با استفاده از یک لوله تو پر شیشهای با قطر کم، غشاها رابر روی شیشهای که دو طرف آن چسب پارچهای با ضخامت مشخص چسبانده شده است، پهن کرده و در ادامه فیلم تشکیل شده را به همراه شیشه درون آب به عنوان ضد حلال گذاشته تا جای حلال و آب عوض شود و غشا شکل بگیرد که در جدول شماره 2 ترکیبات غشاهای ساخته شده قابل مشاهده است.
-1-2-2 آزمایش فلاکس آب عبوری :
با استفاده از دستگاه اولترافیلتراسیون غشایی صفحه تخت، فلاکس عبوری آب خالص از غشا را اندازهگیری میکنیم. برای این کار با استفاده از پمپ دیافراگمی آب خالص را به درون ماژول غشایی صفحه تخت که مساحت موثر غشا در آن 32 سانتیمتر مکعب است، وارد می کنیم و فلاکس آب خروجی را در فشارهای 1 تا 4 بار اندازهگیری می کنیم. این تست تا زمانی تکرار میشود که فلاکس آب خروجی ثابت گردد، که نتایج آن در جدول شماره 2 قابل مشاهده است.
2-2-2میزان تخلخل غشا
تر، آب باقیمانده در روی غشا را با دستمال کاغذی پاک میکنیم - .سپس غشا را در دمای 60 درجه سانتیگراد، به مدت یک روز درونآون گذاشته تا کاملا خشک شود و مجددا آن را وزن میکنیم. با اینکار وزن خشک و تر غشای مربوط را داشته و میتوان میزان تخلخلآنها را با استفاده از معادله شماره 1 را محاسبه نمود.
-3-2-2اندازه حفرات غشا
با استفاده از فلاکس آب عبوری و رابطه گوئروت-الفورد- فری میتوان میانگین شعاع حفرات غشا را محاسبه کرد، که نتایج آن را در جدول شماره 2 مشاهده میکنیم.تخلخل غشا - - عبارت است از نسبت حجم حفرههای مجزا/جداشده به حجم کل غشا متخلخل. تخلخل غشا با استفاده از معادله شماره 1در این رابطه Q فلاکس آب خالص عبوری ، η ویسکوزیته آب 8,9 - محاسبه میشود . - s Pa 4 x10 و P فشار آب ورودی - 1bar - می باشد.
-3نتیجه گیری:
که تخلخل غشا، 1 وزن غشا تر - بر حسب گرم - ، 2 وزن غشا خشک - بر حسب گرم - ، دانسیته پلیمر - دانسیته پلیمر:PVC 1,4 گرم بر سانتیمتر مکعب - و دانسیته آب - بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب - میباشند. برای محاسبهی تخلخل، دو روز پس از تهیه غشا و در حالیکه هنوز در آب قرار دارد، مقداری از غشا را توسط یک قیچی برش داده و آن را وزن میکنیم - قبل از وزن نمودن غشاهاینتایج نشان داد که غشاهای ساخته شده از پلی وینیل کلراید میتواند در فرایندهای اولترافیلتراسیونی مختلف مانند جداسازی آب و روغن یا تغلیظ پروتئین آب پنیر، که اندازه ذرات جداشونده آنها بزرگتر از حفرات غشاهای ساخته شده است، استفاده شود. این موضوع نویدبخش تولید غشاهای صنعتی اولترافیلتراسیون ارزان قیمت است.
