-
شماره ركورد
26534
-
پديد آورنده
مهسااستادي
-
عنوان
بررسي تاثير خواص سطحي غشاپليمري بر عملكرد بيوراكتور غشايي
-
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
-
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
-
سال تحصيل
1397
-
تاريخ دفاع
1400/11/30
-
استاد راهنما
دكتر تورج محمدي
-
استاد مشاور
دكتر فرشته نعيم پور
-
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
-
چكيده
در فناوري بيوراكتور غشايي، سيستم فيلتراسيون غشايي با فريند لجن فعال ادغام ميشود. گرفتگي سريع غشا
توسط ميكروآلايندههاي موجود در خوراك ورودي به بيوراكتور و لجن يكي از اصليترين مشكلات اين سيستم
است. تغيير خواص سطحي غشا، بهعنوان راهكار موثر در كاهش گرفتگي شناخته ميشوند. در اين پژوهش،
غشاي پليمري نانوكامپوزيتي سلسله مراتبي با ساختار ميكرو/نانو با استفاده از فيلمكش شياردار و روش وارونگي
فاز ناشي از اسپري ضدحلال ساخته و تاثير خواص سطحي غشا در رفتار گرفتگي آن در سيستم بيوراكتور
غشايي بررسي شد. شيارهاي سطحي با ايجاد ساختار سلسله مراتبي ميكرو باعث افزايش سطح ويژه غشا
شدند. نانوذرات اكسيد مس براي ايجاد ساختار سلسله مراتبي نانو بر سطح غشاي شياردار اسپري و بدين
ترتيب، غشا با ساختار دوگانه سلسله مراتبي ساخته شد. جهت تعيين مشخصات ساختاري و سطحي غشاها،
تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني گسيل ميداني، پراش اشعه ايكس، ميكروسكوپ نيروي اتمي، زاويه تماس
ديناميكي و تخلخل مورد ارزيابي قرار گرفت. شار آب خالص، درصد پسزني پروتئين، حذف اكسيژن خواهي
شيميايي، استخراج مواد پليمري برونسلولي و تصاوير ميكروسكوپ همكانون براي ارزيابي عملكرد در بيوراكتور
غشايي نيز مورد مطالعه قرار گرفت. آناليز طيفسنجي مادون قرمز، پراش اشعه ايكس و تصاوير ميكروسكوپ
الكتروني گسيل ميداني براي تعيين مشخصات نانوذرات، مورد استفاده قرار گرفت. مقاومت گرفتگي غشاها با
استفاده از فيلتراسيون لجن فعال مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد حضور نانوذرات بر سطح غشاي
نانوكامپوزيتي سلسله مراتبي باعث ايجاد خاصيت فوق آبدوستي شده بهطوري كه زاويه تماس از ° 90براي
غشاي مرجع به حدود ° 0رسيد. حضور نانوذرات باعث افزايش زبري سطح شده و زبري متوسط از 3/8 nm
براي غشاي مرجع به 11/3 nmرسيد. غشاي نانوكامپوزيتي سلسله مراتبي با ساختار ميكرو/نانو شار آب
،924 l/m2.hبازيابي شار % 95/7 ،% 94پسزني پروتئين و بازده حذف اكسيژن خواهي % 97/78را نشان
داد. علاوه بر اين، تنشهاي برشي ايجاد شده بهواسطه حضور شيارهاي سطحي و خاصيت ضدباكتريايي
نانوذرات اكسيد مس باعث بهبود قابل توجه عملكرد غشا در كاهش انواع گرفتگي شد. گرفتگي كل، برگشت-
پذير و برگشتناپذير براي غشاي نانوكامپوزيتي سلسله مراتبي با ساختار ميكرو/نانو بهترتيب به 47/8 ،% 53/8
% و % 6رسيد، درحاليكه مقادير % 8 ،% 47/6و % 39/6براي غشاي مرجع وجود داشت. تصاوير ميكروسكوپ
همكانون و نتايج حاصل از استخراج مواد پليمري برونسلولي توانايي غشاي نانوكامپوزيتي سلسله مراتبي با
ساختار ميكرو/نانو در كاهش انواع گرفتگي را تاييد كرد. بهمنظور بررسي عملكرد غشا در بيوراكتور غشايي،
عملكرد غشا در غلظتهاي مختلف ( )6000-12000 mg/lاز مواد جامد معلق مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج
نشان داد با افزايش غلظت مواد جامد معلق تا ،12000mg/lشار كاهش يافته ( )140 l/m2.hاما درصد حذف
اكسيژن خواهي شيميايي ( % 3/55كاهش) تغيير قابل توجهي نداشته است. عملكرد بسيار مناسب غشاي
طراحي شده نويدبخش عملكرد مناسب آن در مقياس صنعتي است.
-
تاريخ ورود اطلاعات
1401/03/08
-
عنوان به انگليسي
Investigation the effect of surface properties of polymeric membrane on the performance of membrane bioreactor
-
تاريخ بهره برداري
2/19/2023 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مهسا استادي
-
چكيده به لاتين
The membrane filtration system integrates with the activated sludge process in membrane
bioreactor technology. One of the main issues with this system is the rapid membrane fouling
by micro-contaminants in the feed and sludge. Changing the surface properties is known as an
effective method to reduce fouling. This study introduced a hierarchical nanocomposite
polymeric membrane with a micro/nano structure using a patterned knife and the spray induced
phase inversion (s- NIPs) method. CuO nanoparticles were sprayed on the membrane’s surface
to create nano hierarchical structure, and thus, the membrane with a dual hierarchical structure
was fabricated. Field emission microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD), atomic force
microscopy (AFM), dynamic contact angle and porosity were evaluated to determine the
structural and surface characteristics of the membranes. Pure water flux (PWF), protein
rejection, chemical oxygen demand (COD), extraction of extracellular polymeric substances
(EPS) and confocal microscope images were also studied to evaluate membrane performance
in membrane bioreactor. The fouling resistance of the membranes was investigated using
activated sludge filtration. The results showed that the presence of nanoparticles on the surface
of the hierarchical nanocomposite membrane caused super hydrophilicity so that the contact
angle from 90 ° for the reference membrane reached about 0 °. The presence of nanoparticles
increased the surface roughness, and the average roughness increased from 3.8 nm for the
reference membrane to 11.3 nm. Hierarchical nanocomposite membranes with micro/nano
structure showed 924 l / m2.h of pure water flux, flux recovery of 94%, 95.7% protein rejection
and chemical oxygen removal efficiency of 97.78%. In addition, shear stresses caused by the
presence of surface patterns and antibacterial properties of CuO nanoparticles significantly
improved membrane performance in reducing fouling/biofouling. The total reversible and
irreversible fouling for the hierarchical nanocomposite membrane with micro/nano structure
reached 53.8%, 47.8% and 6%, respectively, while these values were 47.6%, 8% and 39.6%
for the reference membrane. Confocal microscopy images and the extraction results of
extracellular polymeric substances confirmed the ability of hierarchical nanocomposite
membranes with micro/nano structure to reduce fouling/biofouling. To evaluate the membrane
performance in membrane bioreactors, membrane performance at different concentrations
(12000-6000 mg / l) of suspended solids was assessed. The results showed that by increasing
the concentration of suspended solids up to 12000 mg / l, the flux decreased (140 l/m2.h), but
the percentage of chemical oxygen removal (3.55% decrease) did not change significantly. The
outstanding performance of the fabricated membrane promises its good performance on an
industrial scale.
-
كليدواژه هاي فارسي
بيوراكتور غشايي , غشاي پليمري شياردار با ساختار سلسله مراتبي ميكرو/نانو , گرفتگي غشا , غشاي پليمري فوق آبدوست , خاصيت ضدباكتريايي نانوذرات اكسيد مس
-
كليدواژه هاي لاتين
Membrane Bioreactor , Patterned Polymeric Membrane with micro/nano hierarchical structure , Membrane Fouling , Superhydrophilic Polymeric Membrane , Antibacterial Properties of CuO nanoparticles
-
Author
Mahsa Ostadi
-
SuperVisor
Dr. Toraj Mohammadi
-
لينک به اين مدرک :