• شماره ركورد
    30304
  • پديد آورنده

    محسن اكبرزاده

  • عنوان
    بررسي و ارزيابي عملكرد غشاء پلي وينيليدين فلورايد اصلاح شده ي سطحي در بيوراكتورهاي غشايي
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي شيمي- فرايندهاي جداسازي
  • سال تحصيل
    1399
  • تاريخ دفاع
    1402/6/31
  • استاد راهنما
    تورج محمدي
  • دانشكده
    مهندسي شيمي، نفت و گاز
  • چكيده
    بيوراكتورهاي غشايي از فناوري‌هاي پيشرفته تصفيه پساب هستند. با اين حال، همواره چالش گرفتگي كارايي آن‌ها را محدود مي‌كند. تكنيك‌هاي اصلاح سطحي غشا راه‌حل‌هاي اميدواركننده‌اي در راستاي كاهش گرفتگي غشا و افزايش عملكرد بيوراكتورغشايي ارائه مي‌دهند. هدف اين پژوهش، دستيابي به يك طرح‌ سطحي بهينه به منظور ساخت غشاي پليمري طرح‌دار و بهبود عملكرد غشا در سيستم بيوراكتور غشايي است. در اين راستا، ابتدا سيستم فيلتراسيون لجن‌فعال در محيط ديناميك سيالات محاسباتي شبيه‌سازي و اثر ايجاد طرح‌هاي سطحي مختلف بر كاهش گرفتگي غشا بررسي شد. نتايج شبيه‌سازي نشان‌ داد كه تمامي طرح‌هاي بررسي شده در مقايسه با غشاي تخت عملكرد بهتري را از نظر كاهش گرفتگي دارند. از ميان 38 طرح بررسي‌شده در بخش شبيه‌سازي، طرح مثلث-مثلث‌بزرگ بيشترين مقاومت در برابر گرفتگي را دارا بود. پس از آن، يك فيلم‌كش طرح¬دار مثلث-مثلث¬بزرگ براساس نتايج شبيه‌سازي طراحي و ساخته ‌شد. به كمك فيلم‌كش طراحي‌شده و استفاده از اسپري ضدحلال، غشاهاي پليمري طرح‌دار ساخته شدند. با تغيير غلظت حفره‌ساز، غلظت بهينه براي ساخت‌ غشاي‌طرح‌دار با وضوح‌طرح مطلوب تعيين گرديد. به منظور تعيين مشخصات ساختاري و سطحي غشاها، آناليزهاي تصويربرداري ميكروسكوپ‌ الكتروني گسيل ميداني و زاويه‌ي تماس انجام‌پذيرفتند. علاوه بر اين، شار آب خالص عبوري، مقاومت در برابر گرفتگي و درصد پس‌زني پروتئين به منظور تحليل و مقايسه‌ي عملكرد غشاها در سيستم بيوراكتور غشايي اندازه‌گيري شد. مطابق با نتايج بخش ارزيابي ساختاري، ايجاد طرح‌هاي سطحي و بهره‌گيري از روش وارونگي فاز ناشي از اسپري ضدحلال سبب تغيير ساختار حفرات غشاي بهينه در مقايسه با غشا تخت مرجع شد. در نتيجه، سطح‌فعال و تخلخل غشاي طرح¬دار بهينه به ترتيب 41% و 18% در مقايسه با غشا تخت (سطح فعال غشاي طرح‌دار و تخت به ترتيب 72/12 و cm2 9 و تخلخل‌ها به ترتيب 68% و 50%) افزايش‌يافتند. با وجود افزايش تخلخل و سطح‌فعال غشاي بهينه طرح¬دار، نرخ پس‌زني در مقايسه با غشاي تخت تنها با كاهش كمتر از 2% مواجه شد. در حالي¬كه، شار آب خالص عبوري از غشا 179% افزايش‌يافت. مطابق با نتايج ارزيابي گرفتگي، ايجاد طرح‌هاي سطحي افزايش چشم‌گير مقاومت در برابر گرفتگي را به همراه داشت. به‌طوري‌كه، نرخ بازيابي شار از مقدار 62% براي غشاي تخت به مقدار 94% براي غشاي طرح‌دار بهينه رسيد. نتايج به دست‌آمده بيانگر توانايي بالاي غشاي طرح‌دار در راستاي افزايش كارايي و بهبود عملكرد بيوراكتورهاي‌غشايي هستند.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1402/10/17
  • عنوان به انگليسي
    Study and investigating performance of surface modified polyvinylidene fluoride membrane in membrane bioreactors
  • تاريخ بهره برداري
    9/21/2024 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    محسن اكبرزاده

  • چكيده به لاتين
    Membrane bioreactors represent cutting-edge wastewater treatment technologies, yet they consistently grapple with a persistent challenge: membrane fouling. To address this issue, innovative membrane surface modification techniques emerge as a beacon of hope, offering potent solutions to diminish fouling and enhance membrane bioreactor performance. The objective of this research is to engineer an ideal surface pattern that can give rise to a patterned polymer membrane, thus amplifying the efficiency of the membrane within the bioreactor system. In pursuit of this goal, the initial step involved simulating an activated sludge filtration system within the computational fluid dynamics framework. The aim was to scrutinize the impact of various surface patterns on patterned membrane fouling. The simulation outcomes unveiled that all the examined designs outperformed the flat membrane in terms of fouling reduction. Among the 38 designs analyzed, the "triangle-big triangle" design demonstrated the highest resistance to fouling. Subsequently, a "triangle-big triangle" patterned casting knife was designed and fabricated based on the simulation results. Patterned polymer membranes were synthesized using the fabricated casting knife and Spray-modified non-solvent induced phase separation (S-NIPS) method. The optimal concentration for synthesizing a patterned membrane with the desired pattern fidelity was determined by altering the poreformer concentration. In order to scrutinize and compare the membrane's performance in the membrane bioreactor system field emission scanning electron microscopy analyses, contact angle analyses, pure water flux measurements, fouling resistance, and protein rejection test were carried out. In the structural eva‎luation phase, the introduction of surface patterns and the application of the S-NIPS transformed the membrane's pore structure significantly compared to the reference flat membrane. Consequently, the active surface and porosity of the optimized patterned membrane surged by 41% and 18%, respectively, in comparison to the flat membrane. This translates to a boost from 9 cm² to 12.72 cm² in active surface and an increase of 50% to 68% in porosity. Despite these substantial improvements, the protein rejection rate was only reduced by slightly under 2% in contrast to the flat membrane. Meanwhile, pure water flux experienced a remarkable 179% increase. In terms of fouling eva‎luation, the implementation of surface patterns led to a noteworthy enhancement in fouling resistance. This improvement resulted in an impressive surge in the flux recovery ratio, climbing from 62% for the flat membrane to a remarkable 94% for the optimal patterned membrane. These results underscore the patterned membrane's exceptional potential to elevate the efficiency and bolster the performance of membrane bioreactors.
  • كليدواژه هاي فارسي
    بيوراكتورغشايي , غشا پليمري طرحدار , شبيه سازي بيوراكتورغشايي , گرفتگي غشا
  • كليدواژه هاي لاتين
    membrane bioreactor , patterned polymeric membrane , membrane bioreactor simulation , membrane fouling
  • Author
    Mohsen Akbarzade
  • SuperVisor
    Dr. Tooraj Mohammadi