-
شماره ركورد
26992
-
پديد آورنده
زهرا شعباني ششكل
-
عنوان
ساخت و ارزيابي غشاي مركب لايه نازك آب¬دوست در فرآيند اسمز مستقيم
-
مقطع تحصيلي
دكتري
-
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
-
سال تحصيل
1395
-
تاريخ دفاع
1401/04/28
-
استاد راهنما
دكتر تورج محمدي، دكتر نوراله كثيري
-
استاد مشاور
دكتر سليمان صاحبي
-
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
-
چكيده
در اين پژوهش غشاي پلي¬وينيل¬كلرايد (PVC) با استفاده از روش تغيير فاز ساخته شد. با كاهش درصد وزني PVC در محلول پليمري از 17 به wt% 10، با استفاده از محلول خوراك آب مقطر و محلول اسمزي M NaCl 1، شار آب از 15/4 به L/m2.h 95/15 و شار نمك از 87/0 به g/m2.h 50/3 تغيير يافت. در نهايت زيرلايه ساخته شده با wt% 10 از محلول PVC براي ساير اصلاحات انتخاب شد. جهت اصلاح سطحي زيرلايه، از محلول دوپامين (DA) به مدت 1 و h 3 استفاده شد. در مقايسه با غشاي اصلاح نشده، غشاي اصلاح شده با زمان h 1، شار آب بالا (L/m2.h 90/18) و شار نمك پاييني (g/m2.h 35/3) از خود نشان داد. در مرحله بعد، DA با ام-فنيلن دي آمين (MPD) به عنوان محلول آبي تركيب شده و واكنش پليمريزاسيون در فصل مشترك با محلول تري¬ميسول كلرايد (TMC) بر روي زيرلايه انجام شد. تاثير همزمان غلظت DA و زمان انباشت بر روي ساختار غشا و عملكرد فرآيند FO مورد بررسي قرار گرفت. پس از بررسي غشاهاي ساخته شده، غشاي با غلظت DA g/L 1/0 و زمان انباشت min 120، شار آب زياد (L/m2.h 40/24) و شار نمك قابل قبولي (g/m2.h 86/3) از خود نشان داد. در ادامه، چارچوب هاي فلز-آلي UiO66-NH2 سنتز و با غلظت¬هاي مختلف DA اصلاح شدند. بر اساس عملكرد FO، UiO66-NH2 اصلاح شده با g/L 25/0 DA (MOF@PDA(0.25)) به عنوان بهترين نانوذره انتخاب شد. سپس تاثير درصدهاي مختلف نانوذره در لايه فعال غشا بررسي شد. در مقايسه با غشاي اصلاح نشده، بكارگيري wt% 02/0 نانوذره به دليل افزايش كانال¬هاي آب و بهبود آب دوستي، باعث افزايش شار آب غشا (L/m2.h 73/29) شد. در مقايسه با غشاي حاوي نانوذرات UiO66-NH2 (g/L 21/0)، غشاي حاوي MOF@PDA(0.25) داراي انتخابگري بيشتري (g/L 16/0) است. لذا حضور همزمان پلي دوپامين (PDA) در نانوذره و محلول آبي در طول سنتز، باعث بهبود سازگاري نانوذره و لايه فعال و همچنين سبب افزايش شار آب بدون كاهش انتخابگري ميشود. همه غشاهاي اصلاح شده در مقايسه با غشاي اصلاح نشده، عملكرد خوبي را در نمك زدايي از آب دريا و پس زني يون¬هاي فلز سنگين (Cu2+ و Pb2+) از خود نشان دادند. در ادامه، نتايج تجربي بهدستآمده با مدل ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) مقايسه شدند كه بين داده هاي آزمايشگاهي و داده¬هاي حاصل از CFD مطابقت زيادي وجود داشت. همچنين، نتايج نشان داد كه طول غشا و سرعت جريان در عملكرد غشا بسيار موثر است. زماني كه سرعت زياد است اثر طول غشا را مي توان ناديده گرفت اما در سرعت كم نمي توان از آن چشم پوشي كرد. در حالت FO سرعت جريان در كانال محلول اسمزي و در حالت PRO سرعت جريان در كانال محلول خوراك در شار آب موثرتر است.
-
تاريخ ورود اطلاعات
1401/06/29
-
عنوان به انگليسي
Preparation and characterization of hydrophilic thin-film composite membranes in forward osmosis process
-
تاريخ بهره برداري
7/19/2023 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
زهرا شعباني ششكل
-
چكيده به لاتين
A novel polyvinyl chloride (PVC) membrane was synthesized by phase inversion method. When the dope polymer solution concentration decreased from 17 to 10 wt%, water flux increased from 4.15 to 15.95 L/m2.h and reverse salt flux (RSF) from 0.87 to 3.50 g/m2.h, using DI water as feed solution (FS) and 1 M NaCl as draw solution (DS). Then, the 10 wt% PVC substrate was selected for modification and it was modified by dopamine (DA) solution for 1 and 3 h. Compared to the pristine membrane, the 1 h polydopamine (PDA) modified membrane displayed a higher water flux (18.90 L/m2.h) and lower RSF (3.35 g/m2.h). In the next step, DA was mixed into m-phenylenediamine (MPD) as an aqueous solution followed by interfacial polymerization (IP) reaction with trimesoyl chloride (TMC) on a fabricated PVC substrate. The simultaneous effects of the DA concentration and the co-deposition time on the membrane morphology and FO properties were systematically investigated to explore the optimum condition. After evaluating the as-prepared membranes, the membranes with the DA concentration of 0.1 g/L and 120 min co-deposition time of PDA and MPD showed a high water flux (24.40 L/m2.h) and acceptable reverse salt flux (3.86 g/m2.h). Then, various UiO-66-NH2 were synthesized with manipulating the dopamine (DA) concentration and the best one was selected based on their FO performance (MOF@PDA(0.25)). The effects of different loading of the selected NPs on the FO performance were evaluated. In comparison with the conventional thin film composite (TFC) membranes, incorporation of 0.02 wt% MOF@PDA(0.25) led to enhanced water flux of the TFN membrane (29.73 L/m2.h) due to the establishment of extra water channels and the improved hydrophilicity. By comparing the FO selectivity of the TFN membranes with UiO66-NH2 (0.21 g/L) and MOF@PDA(0.25) (0.16 g/L), it can be concluded that the presence of PDA in both NPs and the aqueous phase during fabrication improves the compatibility between NPs and PA layer to enhance water flux without sacrificing selectivity. Compared with the pristine membrane, all modified membranes revealed brilliant performance in the seawater desalination and exhibited excellent rejection of heavy metal ions (Cu2+ and Pb2+). Finally, for understanding whether the experimental data can be supported by a theoretical model, the obtained experimental results were compared with a computational fluid dynamics (CFD) model and the results demonstrated acceptable agreement with each other. On the other hand, the results showed that membrane length and flow velocity are effective in membrane performance. The effect of membrane length when the velocity is high can be ignored. When the velocity is low the effect of membrane length can not be neglected. The velocity on the draw channel and the feed channel is more important to increase water flux in FO and PRO mode, respectively.
-
كليدواژه هاي فارسي
پلي وينيل كلرايد , غشاي مركب لايه نازك , اسمز مستقيم , پلي دوپامين , چارچوب هاي فلز-آلي
-
Author
Zahra Shabani
-
SuperVisor
Dr. Toraj Mohammadi, Dr. Norollah Kasiri
-
لينک به اين مدرک :