18532

۱۸۵۳۲

ساخت و ارزيابي غشاي نانوفيلتراسيون بار مثبت بر پايه پلي اتر سولفون و نانو ذرات كربني براي تصفيه پساب هاي كاتيوني

دكتراي تخصصي

مهندسي شيمي

بهمن ۱۳۹۶

دكتر تورج محمدي

دكتر اميد بختياري

شيمي ، نفت و گاز

در اين پژوهش سعي در القاي بار مثبت به غشا با پراكندن نانو لوله هاي داراي بار مثبت درون زمينه پليمر داراي بار منفي است. در ابتدا با استفاده از رويه سطح پاسخ طراحي آزمايش ها براي بدست آوردن بهترين غشاي نانوفيلتر پليمري از پلي اتر سولفون (PES) انجام شد. سپس غشاهاي تركيبي بار مثبت با پراكندن نانولوله هاي كربني چند ديواره (MWCNTs) عامل دار شده با تري اتيلن تترا آمين (TETA) و پلي اتيلن ايمين پر شاخه (HPEI) در زمينه پليمر پلي اتر سولفون ساخته شدند. آزمون هاي FTIR، SEM، TEM، پتانسيل زتا، AFM، زاويه تماس، كشش، DSC و TGA براي ارزيابي نانولوله هاي كربني و غشاهاي ساخته شده به كار رفت. در بهترين بارگذاري براي غشاهاي تركيبي HPEI-MWCNT/PES يعني %wt. 6/0 اندازه حفره nm 81/0، برش مولكولي (MWCO) Da 600 و گذردهي آب خالص L/m2 h 70/75 بود كه نشان دهنده بهبود %109 در مقايسه با غشاي خالص PES است. همچنين در بهترين بارگذاري براي غشاهاي تركيبي TETA-MWCNT/PES يعني %wt. 4/0 اندازه حفره nm 73/0، MWCO Da 570 و گذردهي آب خالص L/m2 h 35/84 بود كه نشان دهنده بهبود %130 در مقايسه با غشاي خالص PES است. آزمون هاي TGA، كشش و گرفتگي بهبود 11، 40 و 33% را به ترتيب براي پايداري حرارتي، مكانيكي و مقاومت در گرفتگي غشاهاي تركيبي نسبت به غشاي خالص را نشان دادند. ترتيب پس زني نمك ها براي هر دو غشاي تركيبي به صورت MgCl2>MgSO4>Na2SO4>NaCl است كه تاثير مهم بار سطح بر عملكرد غشاها را تاييد مي كند. غشاي MH6 براي جداسازي فلزات سنگين به كار گرفته شد. نتايج پس زني به ترتيب (% 39/93) > Pb (% 63/94) Ni > (% 25/95) > Ca (% 84/95) > Cu (% 72/96) > Cd (% 36/97) > Mg (% 06/99) Zn بودكه نشان دهنده ي تركيبي از مكانيسم ممانعت فضايي و دونان در جداسازي فلزات سنگين از پساب است. همچنين غشاي MT4 براي جداسازي دو رنگ كاتيوني و دو رنگ آنيوني به كار رفت. ترتيب پس زني رنگ ها به صورت نارنجي G (% 13/82)< نيلي كارمين (% 12/87) < كريستال بنفش (% 43/98) < رودامين B (% 23/99) است كه نشان دهنده عملكرد عالي غشاي بار مثبت براي جداسازي رنگ هاي كاتيوني است.

1396/12/09

2/28/2018 12:00:00 AM

Two novel positively charged hybrid nanofiltration (NF) membranes were fabricated by incorporation of hyperbranched Polyethyleneimine (HPEI) and Triethylenetetramine (TETA) modified multiwall carbon nanotubes (MWCNT) into Polyethersulfone (PES) matrix. First response surface methodology (RSM) was employed to optimize the fabrication of PES NF membranes via phase inversion. The Box–Behnken design matrix was also applied to develop predictive regression models, minimize the number of experiments, and investigate the effects of parameters on the PES NF membrane. Then positively charged HPEI-MWCNT/PES and TETA-MWCNT/ PES hybrid NF membranes were prepared and evaluated in terms of morphology, surface properties, thermal and mechanical stabilities, nanofiltration performance and antifouling property. The best HPEI-MWCNT/PES hybrid membrane with loading of 0.6 % of nanoparticles, showed mean pore size and molecular weight cut off (MWCO) of 0.81 nm and 600 Da, respectively. This hybrid membrane pure water flux (PWF) was 75.70 L/m2 h which shows 109 % improvement compared to the neat PES. Also in the best nanoparticles loading ratio of 0.4 wt.% of TETA-MWCNT/PES hybrid membrane, the fabricated membrane exhibits a pore diameter of 0.73 nm, a MWCO of 570 Da and a PWF of 84.35 L/m2 h which shows 130% improvement compared to the neat PES. Regarding salts rejection, both hybrid membranes follow the order R (MgCl2)>R (MgSO4)>R (Na2SO4)>R (NaCl) which confirms positively charge nature of the membranes. Effects of pressure, temperature, feed concentration and feed pH on separation performance of the both membranes were also investigated. The hybrid HPEI-MWCNT/PES membrane represented superior performance for heavy metals removal in rejection order of Zn (99.06 %) > Mg (97.36 %) > Cd (96.72 %) > Cu (95.84 %) > Ca (95.25 %) > Ni (94.63 %) > Pb (93.39 %), indicating domination of Donnan exclusion mechanism. Furthermore, the hybrid TETA-MWCNT/PES membrane demonstrated effective rejection for two cationic dyes i.e. Rhodamine B (99.23%) and Crystal violet (98.43%) and acceptable rejection for two anionic dyes i.e. Indigo carmine (87.12%) and Orange G (82.13%). In addition to the improvements in their mechanical and thermal stabilities, antifouling nature of the both hybrid membranes enhanced as well due to lower surface roughness and higher hydrophilicity.