پایان نامه ساخت غشا اولترا فیلتراسیون پلی اکریلونیتریل حاوی نانو ذرات TiO2 به منظور جداسازی پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی

اختصاصی از کوشا فایل پایان نامه ساخت غشا اولترا فیلتراسیون پلی اکریلونیتریل حاوی نانو ذرات TiO2 به منظور جداسازی پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:122

پایان نامه ی کارشناسی ارشد نانو مهندسی شیمی

عنوان : ساخت غشا اولترا فیلتراسیون پلی اکریلونیتریل حاوی نانو ذرات  TiO2 به منظور جداسازی پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی  از پساب کارخانه زغالشویی 

فهرست مطالب:

گفتار اول: مطالعه بر روش های جداسازی پلی‌اکریل‌آمید و آشنایی با فرآیندهای غشایی    1
1-1معرفی کارخانه زغالشویی    3
1-2 معرفی فرآیند انعقاد و لخته سازی    4
1-3 معرفی پلی‌اکریل‌آمید    6
1-4 لزوم تصفیه پساب حاوی پلی‌اکریل‌آمید    10
1-5 روش های جداسازی پلی‌اکریل‌آمید    12
1-6 جذب پلیمر با جاذب های سطحی    12
1-7 غشا و فرآیندهای غشایی    13
1-7-1 تاریخچه    13
1-7-2 تعریف غشا    14
1-7-3 مزایای استفاده از تکنولوژی غشایی    17
1-7-4 انواع غشاها    17
1-7-4-1 تقسیم بندی بر اساس جنس غشا    18
1-7-4-2 تقسیم بندی بر اساس ساختار غشا    18
1-7-4-3 تقسیم بندی غشاها از لحاظ عملکرد    20
1-7-5 انواع فرآیندهای جداسازی غشایی    21
1-7-6 مقایسه روش های فیلتراسیون    24
1-7-7 مکانیسمهای جداسازی    26
1-7-8 روشهای عملکرد فرآیندهای غشایی    28
1-7-9 انسداد در غشاها    29
1-7-10 روش های جلوگیری و یا کمتر کردن گرفتگی غشا    33
1-7-10-1 انتخاب غشا مناسب    33
1-7-10-2 پیش تصفیه سیال ورودی به غشا    33
1-7-10-3 بهبود شرایط عملیات    34
1-7-10-4 اصلاح سطح غشاهای ساخته شده    34
1-7-10-4-1 روش فیزیکی    34
1-7-10-4-2 روش شیمیایی    34
1-7-11 تهیه غشاهای اولترافیلتراسیون ترکیبی با استفاده از ذرات معدنی    35
1-7-11-1 رسوب ذرات معدنی بر روی سطح غشا به صورت مستقیم    35
1-7-11-2 قرار گرقتن نانوذرات در ماتریکس غشا    36
1-7-12 روش‌های کاهش گرفتگی    36
1-7-13 تمیزسازی (کلینینگ)    37
1-7-13-1 تمیزسازی هیدرولیکی    37
1-7-13-2 تمیزسازی مکانیکی    38
1-7-13-3 تمیزسازی الکتریکی    38
1-7-13-4 تمیزسازی شیمیایی    38
1-8 مطالعات صورت گرفته    40
گفتار دوم:تجربیات    46
2-1 تجهیزات و مواد مورد استفاده    47
2-2 فرآیند تهیه غشا    48
2-2-1 ساخت غشا پلی اکریلونیتریل به روش وارونگی فازی    48
2-2-2 ساخت غشای پلی اکریلونیتریل مناسب    51
2-3 اصلاح سطح غشا با روش عملیات حرارتی و هیدرولیز    51
2-4 ترکیب غشا با نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید    52
2-4-1 خود آرایی نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید بر روی سطح غشا پلی‌اکریلونیتریل    53
2-4-2 مخلوط کردن نانوذرات تیتانیوم‌دی‌اکسید در محلول پلیمری    53
2-5 ارزیابی عملکرد غشا    54
2-6 شار آب خالص    57
2-7 احتباس    58
2-8 آستانه شکست و محاسبه اندازه حفرات    59
2-8-1  اندازهگیری غلظت پلیاتیلنگلایکول    61
2-9  بررسی میزان گرفتگی غشا    62
2- 10 بررسی مورفولوژی غشا    63
2-10-1 بررسی مورفولوژی غشای تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)    64
2-10-2 بررسی آبدوستی غشا با آنالیز زاویه تماس    65
2-7-3 بررسی ساختار شیمیایی غشا    66
2-10-4 طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس(EDX)    67
گفتار سوم: بحث و نتیجه گیری    69
مقدمه    70
3-1 ساخت غشا پلی اکریلو نیتریل    70
3-2 اصلاح شیمیایی غشا    73
3-3 اصلاح حرارتی غشاهای پلی اکریلو نیتریل    76
3-4 بررسی عملکرد و ساختار غشا اصلاح شده حرارتی    76
3-5  اصلاح غشا با استفاده از نانوذرات    80
3-5-1 اثر خودآرایی نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید بروی سطح غشا    81
3-5-2 اثر مخلوط کردن نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید در محلول پلیمری    83
3-6  مقایسه بین دو روش افزودن نانوذرات    85
3-7  آنالیز میکروسکوپ الکترونی پویشی از سطح غشا    86
3-8 آنالیز پراش انرژی پرتو ایکس(EDX)    90
3-9  اندازه گیری آستانه شکست    93
3-10 بررسی آبدوستی سطح غشا    95
3-8 بررسی گرفتگی غشا    97
گفتار چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات    101
4-1 نتیجه گیری    102
4- 2 پیشنهادات    104
منابع       105

فهرست جدول‌ها
عنوان    صفحه
جدول1-1: تفاوت در فرآیندهای فیلتراسیون                                                                   27
جدول1-2: پس¬زنی گونه¬ها در فرآیندهای فیلتراسیون                                                        28
جدول3-1: درصدهای وزنی و اتمی عناصر در غشاهای خودآرایی و مخلوط                               93
جدول 3-2: زوایای محاسبه شده از تصاویر زاویه تماس                                                      98



فهرست شکل‌ها
عنوان    صفحه
شکل1-1: شماتیکی از فرآیند زغالشویی                                                                             
5
شکل1-2: پلی‌اکریل‌آمیدبدون بار                                                                                         7
شکل1-3: ساختار پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی                                                                               8
شکل1-4: طیف FT-IR ازپلی‌اکریل آمید مورد استفاده     8
شکل1-5: توزیع اندازه ذرات پلی‌اکریل‌آمید در pH های مختلف                                                 10
شکل 1-6: مکانیسم فرآیند انعقاد و لخته سازی                                                                      11
شکل 1-7: گرفتگی در غشاهای PSF در اثر جداسازی پلی‌اکریل‌آمید                                          17
شکل 1-8: نمایی از فرآیند جداسازی غشایی                                                                         17
شکل 1- 9: فرآیندهای تصفیه آب معمولی و میکرو فیلتراسیون     18
شکل 1-10: نمایی از ساختار غشاهای سنتزی                                                                       21
شکل1-11: طرحی از تقسیم بندی غشاها بر اساس ساختار                                                        22
شکل 1-12: نمایی از فرآیند اسمز¬معکوس                                                                            27
شکل1-13: انواع روش¬های فیلتراسیون با نوع مواد عبوری از آن¬ها                                                29
شکل1-14: نمایی از مکانیسم غربال مولکولی                                                                         30
شکل1-15: شماتیکی از دو فرآیند عملکرد غشایی                                                                   32
شکل 1-16: نمونه¬ای از یک گرفتگی غشایی بر روی غشای پلی وینیلیدن فلوراید                                33
شکل 1-17: شماتیکی از انواع گرفتگی در فرآیند غشایی                                                             33
شکل 1-18: شماتیکی از تمیزسازی هیدرولیکی غشاهای دارای گرفتگی                                          41
شکل 2-1: فیلم کش مورد استفاده جهت ساخت غشا پلیمری                                                       52
شکل2-2: شماتیک فرآیند انعقاد                                                                                          53
شکل2-3: مراحل کامل ریخته‌گری و انعقاد غشا پلیمری                                                              53
شکل2-4: نمای شماتیک از سل با انتهای بسته و سل با جریان متقاطع                                         58
شکل2-5: نمای شماتیک تست عملکرد غشا                                                                          59
شکل2-5: نمای شماتیک تست عملکرد غشا                                                                          63
شکل 2-6: اندازهگیری آستانه شکست از طریق منحنی احتباس ردیابها                                   
68
شکل 2-8: رابطه میان زاویه تماس و آبدوستی                                                                       69
شکل 2-9: نمونه ای از آنالیز EDX                                                                                    71
شکل 3-1: وجود بزرگحفرهها در غشا تهیه شده با پلیمر پلیاکریلونیتریل و حلال                       
74
شکل 3-2: اثر غلظت پلی¬اکریلو نیتریل بروی شار و احتباس پلی¬اکریل آمید                                    75
شکل3-3: مکانیسم هیدرولیز پلی¬اکریلو نیتریل در محیط اسیدی و بازی                                        76
شکل3-4: آنالیز طیف سنج ماون قرمز برای غشا قبل از هیدرولیز                                                 78
شکل3-5: آنالیز طیف سنج ماون قرمز برای غشا بعد از هیدرولیز                                                 79
شکل 3-6: شکل گیری حفرات غشا در پی عملیات حرارتی                                                        81
شکل3-7: اثر دمای اصلاح غشا پلی اکریلونیتریل بروی شار و احتباس پلیمر                        81
شکل3-8: تغییرات شار و احتباس پلیمردر پی تغییرات زمان اصلاح حرارتی                      83
شکل3-9: خودآرایی نانوذرات تیتانیوم دی¬اکسید بروی سطح غشا                                               85
شکل3-10: اثر زمان غوطه¬وری غشا در محلول نانوذرات  TiO2بر میزان احتباس و شار پلیمر              86
شکل3-11: اثر نانو ذرات بروی احتباس و شار عبوری پلی¬اکریل آمید در روش مخلوط کردن               88
شکل3-12: مقایسه درصد افزایش شار در دو روش خودآرایی و مخلوط کردن                                  89
شکل 3-13: تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی                                                                   91
شکل3-14: پراش الکترونی پرتو ایکس غشا خودآرایی شده با نانوذرات TiO2                                  92
شکل3-15: پراش الکترونی پرتو ایکس غشا مخلوط شده با نانوذرات TiO2                                    93
شکل 3-16: آستانه شکست غشا در عدم حضور نانوذرات TiO2                                                 95
شکل 3-17: آستانه شکست غشا در حضور نانوذرات  TiO2با روش خودآرایی                                  95
شکل 3-18: آستانه شکست غشا در حضور نانوذرات TiO2 با روش مخلوط کردن                             96
شکل 3-19: تصاویر آنالیز زاویه تماس                                                                                 97
شکل 3-20: تغییرات نسبت بازیابی شار در پی افزودن نانوذراتTiO2                                           99
شکل 3-21: تغییرات میزان گرفتگی در پی افزودن نانوذرات TiO2                                              99
شکل 3-22: بررسی تغییرات شار پلی اکریل آمید با گذشت زمان فیلتراسیون                                100

چکیده
هدف از انجام این مطالعه، جداسازی پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی از پساب کارخانه زغالشویی پروده طبس با استفاده از فرآیند فیلتراسیون غشای پلیمری می‌باشد. غشا اولیه با استفاده از پلی اکریلونیتریل (PAN) توسط فرآیند وارونگی فاز تهیه گردید و در ادامه با استفاده از عملیات‌ هیدرولیز به‌عنوان اصلاح شیمیایی و عملیات حرارتی به‌عنوان اصلاح فیزیکی برای حداکثر جداسازی پساب آماده گردیدند. همچنین از نانو ذرات TiO2 به دو روش خودآرایی و مخلوط کردن با محلول پلیمری به منظور افزایش خواص ضد گرفتگی سطح غشا استفاده شده‌ است. به منظور بررسی عملکرد غشا محلول خوراک ppm10 از پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی مطابق با خوراک کارخانه تهیه و در فشار 3 بار و دمای 25 درجه سلسیوس میزان احتباس و شار عبوری اندازه‌گیری گردید. با توجه به آنچه که مطلوب این مطالعه بوده‌است، در کنار احتباس 98% از پلی‌اکریل ‌آمید دست‌یابی به شارهای متفاوتی با توجه به نوع غشا به کار رفته امکان پذیر بوده‌است. میزان شار در غشاهای فاقد نانوذرات در حدود  L/m2.hr 4/125 بوده‌است درحالیکه برای غشا ترکیب شده با نانوذرات TiO2 در روش خودآرایی این مقدار در حدود 45% و برای روش مخلوط کردن در محلول پلیمری 32% بهبود داشته ‌است. آزمایش¬های گرفتگی غشاهای ساخته شده نشان می¬دهد غشاهای حاوی نانوذرات TiO2 به نسبت غشاهای معمولی از گرفتگی کمتری برخوردار هستند. آنالیزهای FT-IR گروه¬های شیمیایی موجود در سطح غشا قبل و بعد از انجام عملیات هیدرولیز را نشان می‌دهند. تصاویر  SEMسطحی تغییر قابل محسوسی در مورفولوژی سطح غشاها بعد از اصلاح در حضور نانوذرات TiO2 نشان نمی¬دهد در حالیکه آنالیز  EDXحضور نانوذرات TiO2 را تایید می‌کند. آنالیز زاویه تماس نشان می¬دهد که آبدوستی سطح غشا در حضور نانوذرات TiO2 با روش خودآرایی بیشتر از روش مخلوط کردن افزایش نشان می¬دهد.

کلمات کلیدی:  نانوذرات  TiO2، ضد گرفتگی کردن، پلی اکریلو نیتریل، پلی‌اکریل‌آمید، خودآرایی، مخلوط کردن