26340

ساخت و ارزيابي غشاي پلي استايرن- نانولوله كربني به منظور استفاده در فرآيند تقطير غشايي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي-جداسازي

97

1400/10/18

دكتر تورج محمدي

دكتر مريم احمدزاده توفيقي

مهندسي شيمي

در اين پژوهش، براي نخستين بار، نانولوله¬هاي كربني خام با طبيعت آبگريز، به عنوان نانو پركن مناسب در ساخت غشاي ماتريس آميخته بر پايه پلي استايرن، براي كاربرد تقطير غشاي خلاء ، با موفقيت مورد استفاده قرار گرفت. نانولوله¬هاي كربني با روش رسوب دهي شيميايي بخار در دماي 700 درجه سانتي گراد، با استفاده از فروسن به عنوان كاتاليزور و سيكلوهگزانول به عنوان منبع كربني سنتز شد. غشاهاي خالص و غشاهاي ماتريس آميخته پلي استايرن-نانولوله كربني حاوي درصدهاي مختلف نانولوله هاي كربني خام به روش وارونگي فازي ساخته شدند. در ابتدا، اثر غلظت پليمر (15، 20، 25 و 25 درصد وزني) بر عملكرد غشاهاي خالص ساخته شده در فرايند تقطير غشايي مورد بررسي قرار گرفت. به عنوان يك نوآوري، عملكرد پشت غشاهاي خالص نيز مورد ارزيابي و بحث قرار گرفت. سپس، در غلظت بهينه پليمر (15 درصد وزني)، اثر درصد نانولوله هاي كربني ) 0.1، 0.3، 0.5، 1 و 2 درصد وزني) بر عملكرد غشاهاي ماتريس آميخته پلي استايرن-نانولوله كربني ساخته شده در فرايند تقطير غشاء خلاء مورد بررسي قرار گرفت. مشخص شد كه نانولوله هاي كربني خام با داشتن خاصيت آبگريزي بالا و خواص فيزيكي و شيميايي منحصر به فرد از جمله سطح تماس زياد، ساختار لوله اي و خواص انتقالي عالي مي توانند عملكرد غشاي ماتريس آميخته مورد استفاده در فرايند تقطير غشاي خلاء را بهبود بخشند. نتايج حاصل نشان داد در مقايسه با غشاي خالص پلي استايرن با زاويه تماس آب 80.21 درجه و شار آب LMH 2.5، عملكرد غشاهاي ماتريس آميخته ساخته شده به ويژه غشاي ماتريس آميخته حاوي 1 درصد وزني نانولوله هاي كربني خام به عنوان غشاي ماتريس آميخته بهينه پلي استايرن-نانولوله كربني با زاويه تماس 91.64 درجه و شار آب LMH 34.78، به طور قابل توجهي بهبود يافته است. در نهايت، به منظور بررسي تأثير برخي پارامترهاي عملياتي مانند غلظت خوراك، شدت جريان خوراك و دماي خوراك بر عملكرد غشاي ماتريس آميخته بهينه، از روش طراحي آزمايش تاگوچي استفاده شد. شرايط بهينه حاصل براي دستيابي به حداكثر شار آب عبارتند از: غلظت ppm 5000، شدت جريان LMH 150 و دماي 80 درجه سانتي گراد. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان داد غشاي ماتريس آميخته پلي استايرن-نانولوله كربني مي تواند در نمك زدايي و تصفيه آب با استفاده از فرآيند تقطير غشايي، با موفقيت مورد استفاده قرار گيرد.

1401/01/27

Synthesis and evaluation of polystyrene-carbon nanotubes membrane for membrane distillation application

1/8/2023 12:00:00 AM

In this work, for the first time, raw carbon nanotubes (CNTs) with hydrophobic nature were used as an appropriate nanofiller to fabricate polystyrene (PS)-based mixed matrix membranes (MMMs) for vacuum membrane distillation (VMD) application, successfully. CNTs were synthesized via chemical vapor deposition (CVD) method at 700 °C, using ferrocene as catalyst and cyclohexanol as carbon source. PS/CNTs MMMs containing various contents of the synthesized raw CNTs were fabricated via phase inversion method. At first, the effect of polymer concentration (15, 20, 25 and 25 wt.%) on performance of the fabricated membranes in the VMD process was evaluated. As a novelty, performance of the back of the neat PS membranes was also evaluated and discussed. Subsequently, at optimized polymer concentration (15 wt.%), the effect of CNTs content (0.1, 0.3, 0.5, 1 and 2 wt.%) on the fabricated PS/CNTs MMMs performance in the VMD process was investigated. It was found that the raw CNTs with high hydrophobicity and unique physicochemical properties including high surface area, tubular structure and excellent transport properties could improve the VMD performance of the fabricated MMMs. Compared to the optimized neat PS membrane with water contact angle (WCA) of 80.21 ° and water flux of 2.5 LMH, performance of the fabricated PS/CNTs MMMs especially MMM containing 1 wt.% of the raw CNTs as the optimum membrane with WCA of 91.64 °and water flux of 34.78 LMH improved, significantly. Finally, to study the influences of some operating parameters such as concentration, flow rate and temperature of feed on performance of the optimized MMM, Taguchi experimental design method was applied. The optimum conditions to achieve maximum water flux were obtained as: concentration of 10000 ppm, flow rate of 150 LPH and temperature of 80 °C. The PS/CNTs MMM with improved properties can be used in desalination and water treatment applications by MD process, successfully.

غشاي ماتريس آميخته , تقطير غشايي , نانوموادكربني , پلي استايرن , نانولوله كربني خام , تصفيه آب

Carbon nanotubes (CNTs) , Vacuum membrane distillation (VMD) , Polystyrene , Desalination , Water treatment , mixed matrix membrane

Mitra Bahrami eynolghasi

Dr. Toraj Mohammadi