30404

تهيه غشاي متخلخل ژئوپليمري و بررسي تاثير عوامل ساخت بر خواص و عملكرد غشا در زلال‌سازي پساب نساجي

دكترا

مهندسي شيمي

1395

1402/06/27

دكتر رضا نوروزبيگي، دكتر علي كارگري

نيازمحمد محمودي

مهندسي شيمي

اخيرا غشاهاي ژئوپليمري به دليل آساني در ساخت، عدم نياز به تكليس در دماي بالا و استفاده از پيش‌ماده‌هاي ارزان مورد توجه قرار گرفته‌اند. هدف اصلي در اين رساله، تهيه غشاي ژئوپليمري با روش جديدي مي‌باشد كه براي حذف كدورت از پساب صنعتي نساجي استفاده مي‌شود. غشاي ژئوپليمري توسط فعال‌كردن متاكائولن با محلول فعال‌ساز حاوي مخلوط هيدروكسيد سديم و دوده سيليس تهيه شد. تأثير عوامل ساخت غشا نظير محتواي دوده سيليس (0 تا 25 درصد وزني جايگزيني متاكائولن)، نسبت مولي Na2O/Al2O3 (در مقادير 8/0، 1 و 2/1)، و دماي عمل‌آوري (oC 80، 70 و 60) را بر روي مقاومت فشاري و شار تراوايي آّب خالص بررسي شد. سپس 5 غشا با مقاومت فشاري بالاي MPa 20 و شارتراوايي آّب خالص l/m2.h.bar 50 انتخاب ‌شدند. غشاها با استفاده از پراش اشعه ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، طيف‌سنجي تبديل فوريه مادون قرمز، تخلخل‌سنجي نفوذ جيوه، طيف‌سنجي پراكندگي انرژي اشعه ايكس و اندازه‌گيري‌هاي مقاومت فشاري مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه در ميان اين پنج غشا، غشاي حاوي 10 درصد وزني دوده سيليس، نسبت مولي 1=Na2O/Al2O3 ، و دماي عمل‌آوري oC 60، داراي بيشترين مقدار تراوايي پساب l/m2 h bar 75و درصد كاهش كدورت 95.5 در فرآيند ميكروفيلتراسيون با پساب واقعي نساجي تحت شرايط فشار خوراك bar 1.2، دماي خوراك oC 25 و سرعت جريان خوراك l/min 1 مي‌باشد. براي شناسايي موثرترين متغيرها و بهينه‌سازي عملكرد جداسازي غشاها از روش طراحي آزمايش‌ها (روش فاكتوريل كامل و سطح پاسخ) استفاده شد. غشا بهينه داراي حداكثر تراوايي نرمال و درصد كاهش كدورت 0.57 و 97.98 درصد، در فشار bar 2/1، دماي خوراك oC 59.9 و سرعت جريان خوراك l/min 1.73 مي‌باشد. مطالعه گرفتگي غشا نشان داد كه مقاومت‌ لايه كيك از مقاومت برگشت‌پذير و برگشت‌ناپذير بيشتر است. در فرآيند فيلتراسيون متوالي و بازيابي غشا پس از چهار بار فيلتراسيون چرخه‌اي با پساب واقعي نساجي در غشاي بهينه نشان داد كه اين غشا قابليت بازيابي در بيش از 97.4 درصد از شار تراوايي پساب و حدود 99.5 درصد ازكاهش كدورت را دارد. همچنين از غشا با 15درصد از دوده سيليس، 1=Na2O/Al2O3 و دماي عمل‌آوري oC 60 (15 S + 1 N + 60 T) در حذف ماده رنگزاي متيلن آبي به روش امولسيون روغني استفاده شد. نتايج طراحي آزمايش‌ باكس بنكن نشان داد كه غشاي بهينه داراي حداكثر شار تراوايي l/m2.h.bar 70.28 و ميزان حذف رنگرا 98.45 درصد، در سرعت جريان خوراك l/min 1.5، غلظت SDS برابر 5.33 درصد در غلظت متيلن بلو ppm 100 مي‌باشد.

1402/10/20

A Porous Geopolymer Membrane Preparation: Factor Effect and Clarification Performance Investigation for a Real Textile Industry Wastewater

9/17/2024 12:00:00 AM

Recently, geopolymeric membranes have attracted attention due to their ease of preparation, no high-temperature calcination, and inexpensive precursors. This thesis aims to develop a new method for preparing a geopolymer membrane to remove turbidity from textile industrial wastewater. Geopolymeric membranes were fabricated using metakaolin activated with a blend of sodium hydroxide and silica fume The influence of preparation factors, i.e., silica fume content (0 to 25% wt. of metakaolin substitution), Na2O/Al2O3 molar ratio in the range of 0.8 to 1.2, and curing temperature (60, 70, and 80 °C), were investigated on the product compressive strength and pure water permeability. Five membranes were chosen with a compressive strength above 20 MPa and pure water permeability above 50 L/m2 h bar. The membranes were characterized using X-ray diffraction, Scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, mercury intrusion porosimetry, energy dispersion spectroscopy, and compressive strength measurements. The result of these five membranes showed, a membrane containing 10 wt.% of silica fume, a Na2O/Al2O3 molar ratio of 1, and a curing temperature of 60 °C provided the greatest wastewater permeability and turbidity reductions were 75 L/m2 h bar and 95.5% respectively under 1.2 bar pressure, 25 °C feed temperature, and 1 L/min feed flow rate during microfiltration of the industrial textile effluent. Design of the experiments (full factorial and response surface methodology) was used to identify the most effective parameters and optimization of membranes separation performance. The optimum membrane showed the maximum normalized permeability and turbidity reduction of 0.57 and 97.98%, respectively, at 1.2 bar pressure, 59.9 °C feed temperature, and 1.73 L/min feed flow rate. The fouling study of the membrane revealed the order fouling resistances are cake layer>reversible> irreversible. Four cyclic filtrations of the real textile wastewater recovered more than 97.4% flux and 99.5% turbidity reduction after successive filtration and regeneration of the optimum membrane. Also, the membrane containing 15 wt.% of silica fume, Na2O/Al2O3molar ratio of 1, and the curing temperature of 60 oC (15 S + 1 N + 60 T) was used forthe removal of methylene blue dye by oil emulsion method. The results of the box- Bencken design showed that the optimal membrane has a maximum permeability of 70.28 l/m2.h.bar and a dye removal rate of 98.45%, at a feed flow rate of 1.5 l/min, SDS concentration of 5.33% in methylene concentration of 100 ppm.

ميكروفيلتراسيون , ژئوپليمر , متاكائولن , دوده سيليس , عملكرد غشا

Microfiltration. , Geopolymer , Metakaolin , Silica fume , Membrane performance

Fatemeh Oshani

Reza Norouzbeigi, Ali Kargari, Niyaz Mohammad Mahmoodi