20963

۲۰۹۶۳

تأثير ساختار پلي كاتيون‌ها در كارايي غشاي نانو فيلتراسيون فشار پايين در فرآيند سختي گيري آب به‌منظور كاهش مصرف انرژي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

۱۳۹۵-۹۶

۱۳۹۷/۱۲/۱۹

دكتر تورج محمدي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

چكيده در اين پژوهش سعي در ساخت غشاي نوين نانوفيلتراسيون (NF) فشار پايين بار مثبت با استفاده از واكنش بين سطحي پلي¬كاتيون‌ها (PEI,HPEI) و عامل سنتز شده پلي¬اترسولفون كربوكسيله شده (PES-COOH) براي فرآيند سختي¬گيري آب به‌منظور استفاده در پيش‌تصفيه واحدهاي اسمز معكوس (RO) شده است. ابتدا سنتز PES-COOH طي دو مرحله استيلاسيون و اكسيداسيون انجام شد سپس با زمينه پليمري PES غشاي پايه اولترافيلتراسيون ساخته شد. اثر عامل سنتز شده در غشاي پايه خالص بررسي شد. نتايج نشان داد كه درصد پاييني از PES-COOH مي‌تواند آب‌دوستي و گرفتگي غشاي خالص PES را تا حد زيادي بهبود ببخشد. درنهايت با استفاده از واكنش سطحي PES-COOH با پلي¬كاتيون‌ها و درنهايت اتصال عرضي با عامل اتصال عرضي گلوتارآلدهيد (GA) غشاي NF ساخته شد. ساز و كارهاي تمام مراحل پژوهش به طور كامل بررسي شد. آزمون‌هاي تراوايي آب خالص، پس‌زني نمك، گرفتگي و پس‌زني با BSA، FTIR، HNMR، FESEM، ICP و زاويه تماس براي ارزيابي PES-COOH و غشاهاي ساخته‌شده به¬كار رفتند. براي ساخت غشا NF پارامترهاي غلظت پلي¬كاتيون و عامل اتصال عرضي، زمان واكنش و اتصال عرضي، دما، غلظت NaCl و pH با آزمون تراوايي آب خالص و پس‌زني نمك بررسي شد. بهترين نتايج در دماي oC 60 ، زمان واكنش 2ساعت و اتصال عرضي min30، غلظت پلي¬كاتيون wt%1 و wt% GA 5/0، 75/11=pH و غلظت 5/2=NaCl مولار حاصل شدند. بررسي هاي صورت گرفته نشان داد كه اثر محيط بازي براي انجام واكنش بهتر از NaCl و آب است. ترتيب پس‌زني نمك‌ها براي غشاهاي NF ساخته‌شده به‌صورت MgCl2>CaCl2>MgSO4>Na2SO4> NaCl است كه تأثير مهم بار مثبت سطح بر عملكرد غشا را تأييد مي‌كند. همچنين غشا NF ساخته شده مقاومت خوبي در برابر كلر نشان داد. از نتايج حاصل از پس‌زني براي طراحي واحد RO با پيش‌تصفيه غشا NF ساخته‌شده با نرم‌افزار ROSA انجام شد. نتايج نشان داد كه انرژي موردنياز واحد RO را مي‌توان تا بيش از سه برابر كاهش داد.

1398/04/03

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Science in Chemical engineering at sepration process orientation

3/9/2020 12:00:00 AM

A novel and reliable interfacial reaction (IR) was developed to fabricate positively-charged thin film composite (TFC) membranes for water softening applications, employing low-pressure nanofiltration (NF) system. TFC selective layer was applied and crosslinked on a carboxylated polyether sulfone (CPES) porous substrate. Polyethyleneimine (PEI) and hyperbranched PEI (HPEI) polycations were utilized as polycations during TFC NF membrane fabrication. The membranes were firstly characterized prior to investigating impacts of polycations concentration, crosslinker concentration, reaction time, reaction temperature, pH and NaCl concentration on water permeability (WP) and salt rejection. Results of substrate characterization indicated that the addition of CPES tends to the formation of a negatively-charged membrane with a finger-like structure that increased water flux from 171 L. m-2 h-1 (LMH) to 248 (LMH). Moreover, to assess the rejection performance of the prepared membranes, WP and salts rejection were measured at IR temperature, IR time, crosslinking time, polycation concentration, crosslinker concentration, pH and NaCl concentration of 60 oC, 2h, 30 min, 1.0 wt. %, 0.5 wt. %, 11.7 and 2.5 M, respectively. The results of NaOH and NaCl addition to the polycation solution during the IR and rejection layer formation showed that OH- could provide more reliable membrane performances compared to when Cl- was utilized. 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 and moreover, the membrane maintained excellent chloride resistance during 1week of exposure to chloride acide. By acrrue results designed the RO unit with a NF membrane prefiltration with ROSA software and showed this unit can reduced energy consumption by 3 times. Keywords: Nanofiltration, Desalination, positively charged membrane, thin film composite.