20207

۲۰۲۰۷

بررسي تاثير خصوصيات پايه بر عملكرد غشاي نانوفيلتراسيون فشار پايين به منظور كاهش مصرف انرژي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

95-96

۱۳۹۷/۱۱/۲۴

دكتر تورج محمدي

دكتر سمانه خانلري

مهندسي شيمي، نفت و گاز

چكيده امروزه با توجّه به بحران آب، روش¬هاي تصفيه و بازچرخاني آب و پساب از اهميّت به¬سزايي برخوردار مي-باشند. در اين ميان استفاده از غشا¬هاي نانوفيلتراسيون و اسمز معكوس به منظور نمك¬زدايي و حذف فلزات سنگين متداول مي¬باشد. غشا¬هاي نانوفيلتراسيون با توجّه به تراوايي بالا و عملكرد مناسب در حذف آلاينده-هاي يوني بسيار مورد توجّه قرار گرفته¬اند. ساخت غشا¬هاي نانوفيلتراسيون داراي بار سطحي نيز از آنجايي اهمّيت ويژه¬اي مي¬يابد كه مكانيزم حذف در غشا¬هاي نانوفيلتراسيون علاوه بر غربال مولكولي، وابسته به نيرو-هاي دافعه دونان نيز مي¬باشد و بار سطحي مي¬تواند اثر مكانيزم دافعه دونان را افزايش دهد. براي ساخت موفّق غشا¬هاي نانوفيلتراسيون بار مثبت، كه از طريق لايه¬نشاني پلي¬اتيلن¬ايمين بر روي غشا¬ي پايه توليد مي-شوند، نياز به تهيه غشاي پايه با خصوصياتي خاص از جمله زبري بالا و سطح باردار منفي مي¬باشد تا لايه-نشاني هم از طريق نيرو¬هاي فيزيكي و هم نيرو¬هاي الكترواستاتيكي تسهيل شود. امتزاج¬پذيري متريميد با پلي¬اترسولفون به منظور ايجاد خصوصيات سطحي مناسب بررسي شد و با تأييد امتزاج¬پذيري اين دو پليمر غشا¬هايي با نسبت تركيب 9/1، 6/1 و 3/1 در غلظت كل 16 و 18 درصد وزني ساخته شده و تراوايي آب خالص غشا¬هاي با عملكرد مطلوب در غلظت 16 درصد 318 و در غلظت 18 درصد LMH/bar 285 بوده است؛ اين غشا ها در فيلتراسيون BSA تراوايي پاياي 119 و LMH/bar 130 داشته¬اند. تمام غشا¬هاي آميخته اولترافيلتراسيون توان حذف پروتئين BSA را تا بيش از 95 درصد داشته¬اند. پارامتر¬ها و مدل¬هاي گرفتگي نشان از كاهش 5 و 40 درصدي گرفتگي كل براي غشا¬هاي 16 و 18 درصد وزني بوده¬اند و در غشا¬هاي آميخته پليمري ماهيت گرفتگي از انسداد حفرات به گرفتگي كيك تغيير نمود. نتايج FESEM نشان داد كه در غشا¬هاي داراي متريميد لايه نانوفيلتراسيون بسيار عالي تشكيل شده¬اند كه با مقايسه در غشا¬هاي خالص مشاهده مي¬شود كه نيرو¬هاي الكترواستاتيكي توانسته اند لايه ضخيم¬تري را در سطح غشا نگهداري نموده و غشا¬هاي نانوفيلتراسيون با عملكرد بهتري ساخته شده است. عملكرد غشا¬هاي نانوفيلتراسيون با پايه آميخته به طور تقريبي مشابه بوده وتراوايي غشا¬هاي نانوفيلتر براي نمك¬هاي MgSO4، MgCl2 و NaCl با توجه اندازه حفرات غشا و ظرفيت بار نمك¬ها به ترتيب در حدود LMH/bar 50، 16 و 20 مي¬باشد و درصد حذف نمك¬هاي نامبرده نيز به ترتيب 6/71، 57 و 60 درصد مي¬باشد. واژه‌هاي كليدي: نانوفيلتراسيون- پلي¬اترسولفون- متريميد-آميخته پليمري- نمك¬زدايي

1397/12/19

Studying properties of substrate membrane of low-pressure nanofiltration membranes in order to reduce energy consumption

2/13/2019 12:00:00 AM

Abstract: Nowadays, water and wastewater treatment has gained many interests due to water scarcity. Therefore, nanofiltration and reverse osmosis processes are prevalent in desalinization and heavy metallic ions removal. Nanofiltration membranes have gained many interests due to high flux and proper heavy metal rejection. In nanofiltration processes, steric hindrance and concentration polarization based on Donnan effect are two most important ion removal mechanisms, therefore, charged nanofiltration membranes are more important as the higher membrane surface charge, the better membrane performance is due to improved Donnan effect. In order to successful fabrication of positively charged nanofiltration membranes by Polyethylene imine, the substrate membrane should present demonstrate proper properties such as surface roughness for physical attraction and negative charge for enhanced electrostatic attraction forces. Polyethersulfone and matrimid miscibility were investigated in order to obtain compatible blend membranes at 16 and 18 wt.%. the permeance of 318 LMH/bar and 285 LMH/bar were achieved at desirable samples of 16 and 18wt.%. fabricated ultrafiltration blend membranes were able to reject BSA more than 95%. Fouling parameters and models depicted lower fouling ration and a shift toward cake layer filtration model with increase in matrimid content. FESEM results revealed successful formation of nanofiltration layer on blend membranes, unlike neat samples. PES/Matrimid Blend substrate based nanofiltration membranes exhibited similar performance in permeance and rejection studies of 1000 ppm solution of MgSO4, MgCl2 and NaCl salts which was 50,16 and 20 LMH/bar in case of permeance and 71.6, 57 and 60% in case of rejection for each salt, respectively. Keywords: Nanofiltration, Polyethersulfone, Matrimid, Blend, Desalinization