بررسي تأثير افزودنيها بر خواص و رفتار غشاءهاي رسي

دكترا

روشهاي مختلفي براي زدايش فلزات سنگين از آبها و پسابها وجود دارد كه از ميان اين روشها، استفاده از غشاءها بسيار مورد توجه قرار گرفته و كارايي بيشتري نشان داده اند، ولي غشاءهاي نانوفيلتر و اسمز معكوس كه بدين منظور استفاده مي شوند نيازمند فشارهاي كاربردي بالا بوده و هزينه بالايي ايجاد مي كنند. در نتيجه پژوهشگران به ارتقاء فرآيندهاي غشائي متمركز شده اند. غشاءهاي جاذب، با تركيب مزاياي روشهاي جذب و تكنولوژي غشائي، به دليل مزايايي چون كارايي بالا، گذردهي بالا و مصرف انرژي و در نتيجه هزينه پايين توجه زيادي رابه خود جلب كرده اند. در اين زمينه مطالعاتي روي مواد پليمري انجام شده ولي هنوز مطالعات چنداني در زمينه غشاءهاي جاذب سراميكي انجام نشده است. در اين پژوهش، هدف، بررسي تأثير افزودنيها بر خواص و رفتار غشاءهاي رسي، با رويكرد ساخت غشاءهاي جاذب ميكروفيلتر رسي بوده است. بدين منظور، جهت ايجاد خاصيت جذب، از بنتونيت كه هم در حالت خام داراي فازهاي جاذب بوده و هم پس از پخت، فازهاي آلومينوسيليكاتي جاذب ايجاد مي كند در ساخت غشاءها استفاده شد. ابتدا تركيباتي حاوي مخلوط درصدهاي مختلف بنتونيت خام و كلسينه (به منظور كاهش انقباض پخت نمونه ها و نيز افزايش درصد تخلخل آنها) پرس شده و پس از پخت در دماهاي مختلف، خواص آنها مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده شد در هر دما، با افزايش درصد بنتونيت كلسينه، ميزان انقباض پخت و چگالي كلّي كاهش، درصد تخلخل و جذب آب افزايش و استحكام خمشي كاهش يافت. با افزايش درصد بنتونيت كلسينه و پخت در دماي C ˚1100، درصد تخلخل هاي باز از % 18/5 تا %35/22 افزايش و ميزان استحكام خمشي از Mpa 33/44 تا MPa 9/05 كاهش يافت كه تركيب نمونه حاوي مخلوط بنتونيت خام و كلسينه با نسبت 2 به 1 (با كد R2C)، پخت شده در دماي C ˚1100، با درصد تخلخلهاي باز % 26/41 و استحكام خمشي Mpa 26/1 به عنوان تركيب بهينه در مرحله اول شناخته شد. جهت افزايش درصد تخلخل در كنار افزايش استحكام و همچنين ايجاد فازهاي كلسيم سيليكاتي و منيزيم سيليكاتي (پيروكسنها) با قابليت جذب بسيار بالاي كاتيونهاي فلزات سنگين، كربناتهاي كلسيم، منيزيم و مخلوط آنها نيز به تركيب بهينه افزوده شدند. پس از پرس و پخت نمونه ها در دماي C˚1100، خواص فيزيكي و مكانيكي آنها مورد بررسي قرار گرفت و مشاهده شد در محدوده قابل قبول براي غشاءهاي ميكروفيلتر قرار دارند (اندازه تخلخل µm 1/4 -0/6، درصد تخلخلهاي باز % 35-32، استحكام خمشي MPa 29-37). همچنين مشاهده شد فازهاي مورد نظر (آنورتيت، ولاستونيت و انستاتيت) تشكيل شده و توزيع مناسبي در نمونه ها دارند. سپس تأثير تركيب نمونه (فازهاي موجود در نمونه ها) و همچنين سرعت عبور آب بر حذف يونهاي كروم سه ظرفيتي در دو محدوده آب آشاميدني (ppm 5) و پساب چرم سازي (ppm 1000) مورد بررسي قرار گرفت و مشاهده شد در حاليكه پس از عبور از نمونه فاقد كربنات (نمونه R2C)، غلظت يونهاي كروم از ppm 1000 به ppm 860 رسيد، نمونه بهينه (نمونه R2C-Ca20) توانست ppm 1000 را تا ppm 0/3 كاهش دهد. همچنين مشاهده شد كه با كاهش سرعت عبور آب، ميزان تصفيه آن افزايش يافت. جهت افزايش قابليت جذب فلزات سنگين توسط اين غشاءهاي ميكروفيلتر، يك لايه كامپوزيت بنتونيت – CMC روي آنها پوشش داده شد و اين پوشش توسط گلوتار آلدهيد پايدار شد. پس از خشك شدن نمونه ها در دماي C˚60، خواص آنها مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده شد غشاءهاي ميكروفيلتر جاذب ساخته شده در اين پژوهش، كارايي بسيار بالايي در تصفيه آب و پساب حاوي فلزات سنگين نشان داده و نمونه بهينه (نمونه حاوي 20% كربنات كلسيم) داراي پوشش بهينه (حاوي 10% گلوتارآلدهيد، زمان پوشش دهي 2 دقيقه) توانست آب حاوي ppm 1000 يون Cr3+ (در محدوده پساب دباغي) و نيز آب حاوي ppm 1000 از هر يك از يونهاي Cr3+، Zn2+ و Ni2+ (در مجموع ppm 3000 آلاينده (مشابه تركيب پساب آبكاري) را در حد نزديك به آب ديونيزه تصفيه كند.

211765

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مواد و متالورژي- مهندسي مواد

حميدرضا رضايي - حسين سرپولكي