9606

بررسي سامانه پليمر – حلال – حلال با استفاده از ديناميكمولكولي در فرايندهاي غشايي

كارشناسي

مهندسي شيمي

1403

دكتر تورج محمدي

1403/12/15

مهندسي شيمي، نفت و گاز

Investigation of the Polymer-Solvent-Solvent System Using Molecular Dynamics in Membrane Processes

در اين پژوه به فرايند تقطير غشايي و ارائه روشي نوين و جديد براي بررسي حلپذيري پليمر در حلالهاي تركيبي اشاره ميشود. همچنين تأثير برخي مواد افزودني به غشا مانند گرافن اكسايد براي افزاي آبدوستي و گرافن اكسايد كاه يافته و پالميتيكاسيد براي افزاي آبگريزي آن در غلظتهاي مختلا بررسي ميشود. تقطير غشايي از روشهاي متداول و مقرونبهصرفه در نمكزدايي است كه به نسبت روشهاي ديگر در شرايط متعادلتر كار ميكند. استفاده از فشار اتمسفريك و دما كمتر °C 100 براي تغيير فاز آب و امكان جايگزيني منابع حرارتي اين فرايند با انرژيهاي پاك از مزيتهاي تقطير غشايي است. با استناد به نظريه انحلال هانسن، فلوري - هاگينز و هيلدبراند، امكان تركيب دو حلال يا يك حلال و يك غير حلال براي ارتقا فرايند انحلال در ريختهگري غشا با وارونگي فاز وجود دارد. براي تعيين چگالي انرژي چسبندگي پليمر، فاز آلفاي اين پليمر در نرمافزار رسم شد و پس از بهينهسازي ساختار عمليات محاسباتي ديناميك روي آن اعمال و مقدار بهينه آن محاسبه شد. سپس در راستاي شبيهسازي انحلال، بانكي از حلالهاي رايج و ضد حلالها تهيه شد و متغيرهايي همچون شعاع تعاملي هانسن با ماژول Forcite و عدد χ با ماژول Blend براي آنها محاسبه شد. براي متغيرهاي حلپذيري بهدستآمده با ماژول Forcite با استفاده از نظريه هيلدبراند، درونيابي در تركيب درصدهاي بهينه هانسن انجام شد و خطا و انحراف هر شبيهسازي نسبت به سامانه پليمر - حلال خالص محاسبه شد. در شبيهسازي با استفاده از ماژول Blend با توجه به نتايج آزماي هاي انجام شده و χ گزارش شده براي تركيبات، ابتدا ميداننيروي مناسب جهت رسيدن به عدد χ در هر تركيب با كمترين خطا، شناسايي شد و بر اساس آن شبيهسازي تركيبات صورت گرفت. پس از بررسي اعداد χ محاسبه شده در تركيبات، تحليل از منظر اقتصادي از منظر قيمت حلالهاي بهكاررفته و همچنين اثرات زيستمحيطي آنها به عمل آمد. پس از بررسي انحلال در سامانه پليمر - حلال - حلال و پليمر - حلال - ضدحلال، تأثير افزودنيها به غشا جهت افزاي يا كاه آبدوستي با استفاده از نانوذرات و افزودنيهايي نظير اسيد چرب مورد بررسي قرار گرفت. در شبيهسازي سلول تقطير غشايي عملكرد پسزني نمك سديمكلريد در 4 غشا با افزودنيهايي در 4 غلظت مختلا بررسي گرديد و نمودار تأثير افزودنيها در نزديك شدن آب به غشا رسم گرديد. همچنين تأثير افزودن گرافن اكسايد، گرافن اكسايد كاه يافته با پالميتيكاسيد به نسبت 3:1 و نسبت 1:1 هر كدام در غلظت 80 % پليمر و 90 % پليمر با مقايسه انرژي سامانه محاسبه و تحليل شد، همچنين ضريب نفوذ نمك در هر 4 غشاي طراحي شده مورد بررسي قرار گرفت.

تقطير غشايي، حل‌پذيري، شبيه‌سازي، تأثير افزودني‌ها