بخشی از مقاله
خلاصه
طی دو دهه گذشته استفاده از فنآوری غشای مایع، بعنوان یک واحد عملیاتی رایج جهت طیف وسیعی از فرآیندهای جداسازی، افزایش یافته است. به علاوه قوانین و مقررات زیست محیطی منجر به پیشرفت چشمگیر در زمینه غشا، طراحی ماژول، کاربردهای این فنآوری نسبت به دیگر فرآیندهای جداسازی گردیده است. فنآوری غشای مایع، دستیابی به انتخاب پذیری بالا و استفاده بهینه از انرژی و مواد را نسبت به بسیاری از سیستمهای جداسازی دیگر ممکن میسازد.
با وجود مزایای شناخته شده غشای مایع، به دلیل مشکلات مربوط به پایداری این نوع غشا، نمونههای کمی از آن در کاربردهای صنعتی وجود دارند. از جمله کاربردهای غشا مایع میتوان به فنآوریهای شیمیایی و صنایع دارویی، بیوتکنولوژی، فرآوری مواد غذایی و مهندسی محیط زیست اشاره نمود. از سوی دیگر، استفاده از آن در زمینههای مختلف از قبیل جداسازی هیدروژن، بازیابی اسانس میوهها، استفاده از مایعات یونی در فرمولاسیون غشا به سرعت در حال افزایش است.
.1 مقدمه
به طور کلی غشاها دیوارههایی حائل برای جداسازی دو فاز سیال هستند که به طور انتخابی اجازه نفوذ برخی حلشوندهها از یک طرف دیواره به طرف دیگر آن را میدهند .[1] در ساخت غشاها تنها از مواد جامد استفاده نمیشود و ممکن است از مایعها هم به عنوان غشا استفاده کرد . در حال حاضر غشاهای مایع در اشکال مختلف در زندگی روزانه وجود دارد، به طور مثال یک لایه روغن روی سطح آب نمونهای از غشای مایع آلی از فاز مایع غیرقابل امتزاج میباشد. کف صابون، شویندهها یا محلول سورفاکتانت1 ، فیلم روغنی روی سطح فلز - که در جلوگیری از زنگزدگی استفاده میشود - ، از جمله فیلمهای مایع رایج جداکننده دو فاز هستند.
عصر جدیدی در توسعه فنآوری غشای مایع در سال 1960 توسط لی2 و همکارانش آغاز شد. استفاده از سیستم غشای مایع امولسیونی - ELMs - 3 برای نمکزدایی در مقیاس صنعتی و جداسازی هیدروکربنها، ابداع شده است .[2] در این سیستمهای غشایی قطرات روغن حاوی فاز آبی گیرنده، در فاز آبی خوراک پراکنده هستند و حجم کل فاز گیرنده درون ذرات روغن حداقل 10 بار کوچکتر از فاز خوراک میباشد - شکل. - 1
سیستم حاصل یک امولسیون دو سر، آب/روغن/آب میباشد که ممکن است به صورت روغن/آب/روغن هم وجود داشته باشد. یکی از مزایای سیستمهای ELM نسبت بسیار بالای سطح به حجم غشا در آنهاست .[3] ضخامت کم غشا - فیلم آلی - در برابر سطح مقطع بسیار بزرگ آن منجر به جداسازی سریع میگردد .[4] در این سیستمها، جداسازی با هزینه و حجم اشغال شده بسیار کمتری نسبت به برجهای استخراج حلال به دست میآیند. با این حال مسائلی همچون پایداری امولسیون و تراوایی غشا موجب ایجاد محدودیت در تجاریسازی این نوع سیستمها میگردد. غشاهای با ضخامت کم مستعد نشست یا پارگی هستند و فاز داخلی در معرض ناپایداری بر اثر تورم میباشد.
پژوهش حاضر به بررسی روشهای افزایش پایداری امولسیون بدون کاهش قابل توجه در سرعت استخراج، میپردازد که از جمله این روشها میتوان به توسعه ترکیبات شیمیایی که هم به عنوان امولسیفایر*1 و هم به عنوان استخراجکننده عمل میکنند، اشاره نمود .[3] قابلیت کاربردهای صنعتی غشای مایع تقویت شده - SLM - 5 اولین بار توسط وارد2و راب3 در سال 1967 گزارش شده است.آنها نشان دادند که محلول آبی کربنات- بیکربنات نگهداشته شده در داخل فیلم سلولز استات متخلخل، در برابر کربن دی اکسید نفوذپذیرتر از اکسیژن میباشند .[2] فنآوری SLM مشکلات پایداری سیستمهای ELM را حل نمود.
عدم تحرک مایع آلی حاوی یک عامل کمپلکسدهنده فعال - حامل - در یک رقیقکننده مناسب، درون ساختار متخلخل یا در غشای جامد - غشاهای پلیمری یا غیرآلی - ، پایداری فیزیکی کافی را برای استفاده عملی از غشاهای مایع ممکن میسازد .[3] در این فنآوری، غشا بین دو محفظه که شامل فاز خوراک و فاز گیرنده میباشد، قرار گرفته است - شکل.[5 ] - 2
مطالعات زیادی در رابطه با سهولت در انتقال گازهایی مانند CO2، O2، H2S، NO، SO2 و CO به خصوص در جداسازی اجزای محلولهای مایع توسط غشای مایع برای انتقال سدیم توسط غشاهای SLM حاوی مواد حامل مختلف از جمله اسید سیتریک، لیسیتین و موننسین در مقالات در دسترس میباشند .[7] اشکال مختلف غشاهای SLM عبارتند از: غشای مایع تقویت شده صفحه تخت - قاب و صفحه - - FSSLM - 5، غشای مایع تقویت شده الیاف میان تهی. - HFSLM - 6 شکل تخت آن بیشتر جهت کار آزمایشگاهی قابل استفاده است و برای اهداف صنعتی خیلی مؤثر نیست.
از آن جایی که نسبت سطح به حجم این سیستم ها بسیار کم بوده، اخیراً فنآوری جداسازی علمی بر مبنای استفاده از تماس دهندههای غشایی، مانند ماژولهای الیاف میان تهی و مارپیچی که سطح زیادی نسبت به حجم را فراهم ساخته و کاربردهای تجاری دارند، توسعه یافته است .[5,8,10] تماس دهندههای غشایی با ترکیب اشکال مختلف غشای مایع، شکل جدیدی از فرآیند جداسازی را فراهم میسازند، مانند - EPT - یا - PEHFSD - و غشای مایع تجدید شونده در الیاف میان تهی - HFRLM - *1 که بازده فرآیند با پایداری طولانی مدت را به حداکثر میرساند .[5,10,11,12,13,14 ] شماتیک طبقهبندی کلی تکنولوژی غشای مایع در شکل 3 نشان داده شده است.
