17641

17641

ساخت و ارزيابي غشاي نانوفيلتراسيون بار مثبت به منظور پساب رنگي

كارشناسي ارشد

طراحي فرآيندهاي جداسازي

بهمن ماه 1395

دكتر تورج محمدي - دكتر سعيد رجب زاده

شيمي

رآ نانوفيلتراسيون در سالهاي اخير به دليل مزاياي از جمله فشار عملياتي پـايين، تراوايـي آب بـالا، توانـايي حذف يونهاي چند ظرفيتي و ملكولهاي كوچك آلي و هزينـهي عمليـاتي و اوليـهي كـم بسـيار مـورد توجـه محققان قرار گرفته است. روشهاي متعددي براي ساخت غشـاي نانوفيلتراسـيون وجـود دارد. غشـاهاي دولايـه شامل پايهي متخلل به منظور ايجاد مقاومت مكانيكي و يك لايهي فعـال متـراكم گـزينشگـر بـه منظـور انجـام فرآيند جداسازي هستند. ويژگي اصلي لايهي فعال سطحي گزينشگري و تراوايي بالا است. در ايـن پـروژه بـه منظور ساخت غشايي با تراوايي و گزينشگري بالا، غشاي نانوفيلتراسيون با بار سطحي مثبت ساخته شد. غشـاي پايهي نگه دارنده از پلي اتر سولفون ساخته شد پس از انجام فرآيند لايه نشاني با پليمـر پلـي اتـيلن ايمـين بـا بـار مثبت در محلول آبي به منظور انجام فرآيند اتصال عرضي قرار گرفت. به منظور بهينه سازي متغيرهـاي مـوثر بـر خت ساخت غشا از نرم افزار طراحي آزمايش و روش باكس بنكن استفاده شد. مهمترين متغيرهـاي مـوثر در سـا ـه غشـاي نگ دارنـده شـامل غلظــت پلـي اتـر سـولفون )) ، (%16- %12 (w/wدمـاي حمـام انعقـاد ) 50-0درجـه سانتيگراد( و زمان تبخير ) 3-0دقيقه( توسط نرم افزار طراحي آزمايش بررسي شد. پايه نگهدارنـده بهينـه سـازي شده با غلظت پلي اتر سولفون ) ،%14 (w/wدماي حمام انعقاد 25درجه سانتيگراد و زمان تبخير 0ساخته شد. به منظور اعمال بار منفي به پايهي غشا، پلي اتر سولفون با گروههاي كربوكسـيل عامـل دار شـد و در درصـد هـاي مختلف به پايهي پلي اتر سولفون افزوده شد. به منظور بهينه سازي غشاي نانوفيلتراسـيون سـاخته شـده، مهمتـرين متغيرهاي موثر بر ساخت غشا شامل غلظت پلي اتر سولفون كربوكسيل شده در پايه )) (%10- %2 (w/wو غلظت محلول پلي اتيلن ايمين )) (15-5 (g/lتوسط نرم افزار طراحي آزمايش بررسي شد. غشاي بهينه با غلظت )(w/w %6پلي اتر سولفون كربوكسيل شده و غلظت پلي اتيلن ايمين 15 g/lساخته شد. از آزمونهـاي ،FTIR ،SEM زاويه تماس و پتانسيل زتا به منظور بررسي سختار غشا استفاده شد.همچنين براي تعيين مشخصات اصـلي غشـاي نهايي، آزمون عملكرد غشا توسط دستگاه نانوفيلتراسيون در فشارهاي مختلف بـراي خـوراك ،CaCl2 ،MgCl2 NaClو متيلن بلو گرفته شد. غشاي حاصل داراي شار آب مقطر 87 LMHاست و نتايج بدست آمده پس زنـي غشا در فشار 10بار براي محلول خوراك NaCl ،CaCl2 ،MgCl2و متيلن بلـو بـه ترتيـب برابـر بـا ، %90 ، %93 %97و %98ميباشد. به دليل وجود بار سطحي مثبت، پس زني غشا براي نمكهاي استفاده شده متفاوت است

1396/04/27

1/1/1900 12:00:00 AM

In recent times، many researchers consider nanofiltration process as regard of its benefits، such as low operating pressure، high water flux، high retention of multivalent ions and low molecular weight of organic materials as well as low operating and maintenance costs. There are many methods to produce nanofiltration membranes. Dual layer composite structure Nanofiltration membrane basically consists of porous support layer and dense active separation layer. Porous support layer must be capable to provide the necessary mechanical support for the separation layer. Dense active separation layer has a main function as a permselectivity meaning high-permeability and high-selectivity. In this study، composite nanofiltration membranes with positive charges comprising of polyethyleneimine (PEI) active layer and poly(ether solfune) substrate were prepared by cross-linking modification. PES substrate was first modified with blending methode to create carboxyl groups with negative charges، followed by supramolecular assembly of PEI on the substrate surface. Afterwards، PES/PEI membrane was impregnated in aqueous phase containing cross-linking agent to fabricate the cross-linked PES/PEI membrane. While the modified PES substrate was negatively charged، the surface modification led to a charge reversal due to the skin layer of PEI. Response surface methodology (RSM) was employed to optimization of porous support layer and dense active separation layer fabrication. Box–Behnken design matrix was applied to develop the predictive regression models، minimize the number of experiments، and investigate the effect of parameters on the response. Three more important parameters، including PES polymer concentration (12-16 (%w/w))، Evaporation time (0-3 min) and Coagulation bath temperature (0-50°C) were chosen as the independent variables and the optimization objectives was water flux. To fabrication of dense active separation layer. Two more important parameters، including carboxylic polyethersulfone concentration (2-10 (%w/w))، PEI concentration in casting solution (5-25 (g/l)) were chosen as the independent variables and the optimization objectives were flux and rejection.Surface property and morphology of the membrane were characterized by contact angle، scanning electron microscope (SEM) and fourier transform infrared (FTIR). The results showed that the The optimum values for PES substrate fabrication were، 14% (w/w) PES concentration، 0 (min) time for evaporation and 25°C temperature of coagulation bath. The optimum values for dense active layer fabrication were، 6 (%(w/w)) carboxylic polyethersulfone concentration and 15 (g/l) PEI concentration in casting solution. The prepared membrane by optimum conditions showed salt rejections of 98%، 93%، 90.2% and 51.97% for a feed Methylene blue ، MgCl2، CaCl2 and NaCl، respectively، and the corresponding permeation fluxes of 76، 74، 76 and 86 LMH at 1.0 MPa. The rejections to different salt solutions follow a decreasing order of MgCl2، CaCl2 and NaCl، which reveals typical characteristics of a positively charged NF membrane