اصلاح سطح غشا اولترافيلتراسيون پلي‌وينيليدين‌فلورايد (PVDF) توسط مكسين براي كاهش گرفتگي و رسوب از پساب شهري

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

كمبود آب در جهان به ظهور فناوري‌هاي تصفيه براي استفاده مجدد از پساب كمك كرده است. پساب منبع مناسبي از آب قابل بازيابي است. فرايندهاي غشايي به دليل دارا بودن خواص مطلوب به‌عنوان يكي از مراحل رايج و ضروري در تصفيه پساب تبديل‌شده‌اند كه طي سال‌هاي اخير دچار تحولات و پيشرفت‌هاي فراواني شده است. از مهم‌ترين انواع اين فرايندهاي غشايي مي‌توان اولترافيلتراسيون (UF) نام برد كه كاربرد گسترده‌اي در حذف آلاينده مختلف را دارد. در ميان گزينه‌هاي متعدد موجود براي انتخاب جنس غشا، پلي‌وينيليدين‌فلورايد (PVDF) به سبب خواص فيزيكي و شيميايي يك انتخاب قابل‌اتكا مي‌باشد هرچند، به دليل ماهيت آب‌گريزي اين ماده، با معايبي مانند نفوذپذيري پايين و رسوب و گرفتگي بالا مواجه است. اگرچه براي فائق آمدن بر اين چالش امكان به‌كارگيري روش‌هاي مختلف اصلاح توده و سطح غشا با شيوه‌هاي نوين و افزودني‌هاي پيشرفته وجود دارد تا خواص آب‌دوستي تقويت شود. روش اصلاح سطح با پيوند شيميايي نتايج خوبي در كاهش پديده گرفتگي به دليل ايجاد سطوح آب دوست‌تر با پايداري طولاني خواهد داشت. تيتانيوم كاربيد دوبعدي نانو صفحات فوق‌العاده آب‌دوست با خواص ويژه‌اي به‌عنوان اصلاح‌گر موردنظر هستند كه امروزه براي تصفيه آب و پساب موردتوجه ويژه قرار گرفتند. در اين پژوهش، سطح غشاهاي اولترافيلتراسيون پلي‌وينيليدين‌فلورايد توسط نانو صفحات آب‌دوست مكسين Ti3C2 اصلاح شد و به‌منظور تصفيه پساب مورداستفاده قرار گرفت. مكسين با دو روش مبتني بر روش اسيدفلوريدريك و روش درجا سنتز شد. حصول موفقيت در اين مورد، تاييد ساختار با روش‌هاي مختلف مشخصه يابي نظير آزمون‌هاي طيف‌سنجي تبديل فوريه مادون قرمز و پراكندگي نور ديناميكي مورد ارزيابي قرار گرفت. در ادامه، غشاهاي پلي‌وينيليدين‌فلورايد با تغيير در توده پليمري (وزن ملكولي پلي‌اتيلن‌گلايكول) و شرايط حمام انعقاد (حمام انعقاد حاوي حلال و آب خالص) ساخته شدند و به كمك آزمون‌هاي مشخصه‌يابي و آزمون‌هاي عملياتي مانند شار آب خالص و گرفتگي موردبررسي قرار گرفتند. پس از انتخاب گزينه بهينه از نظر نرخ افزايش شار آب خالص (بيش‌ترين مقدار شار آب خالص براي اين گروه غشاها، kg/m2.hr292 گزارش شد)، اصلاح سطح شيميايي با افزودن عامل سيلاني (3-كلروپروپيل) تري اتوكسي سيلان به‌عنوان پيونددهنده مياني و پس از نشاندن گروه‌هاي عاملي هيدروكسيل و پس‌ ازآن پيوند نهايي با مكسين صورت گرفت. صحت اين روند با توجه به نتايج به‌دست‌آمده توسط آزمون مشخصه يابي طيف‌سنجي مادون قرمز فوريه سطحي و آشكارساز تفكيك انرژي و زاويه ‌تماس آب و ميكروسكوپ نيروي اتمي تاييد گرديد و همچنين آزمون ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني و تخلخل و ميزان دفع ملكولي و آزمون‌هاي عملياتي مانند شار آب خالص، خاصيت ضد گرفتگي نيز مورد ارزيابي واقع شد. نتايج به‌دست‌آمده حاكي از افزايش قابل‌توجه آب‌دوستي غشاهاي اصلاح‌شده با افزودن نانو صفحات Ti3C2 بود (كاهش زاويه تماس آب از مقدار 110 به 52 درجه) و افزايش نسبت بازيابي شار غشاها پس از اصلاح سطح (از مقدار 51% به 75%) نمايانگر بهبود خاصيت ضد گرفتگي غشاها است. شار آب خالص خروجي از غشا اصلاح‌شده از 292 به L/m2.hr 307 افزايش يافت. همچنين آزمون عملكرد شرايط عملياتي در محيط واقعي و با خوراك پساب شهري هم بيانگر عملكرد قابل‌تأمل ميزان درصد حذف كدورت از 77% به 85%، درصد دفع اكسيژن خواهي شيميايي فاضلاب از 5/51% به 63%، درصد دفع كل مواد جامد معلق از 73% به 93% و ميزان بازيابي شار پساب از 73% به 91% به ترتيب در غشاهاي خام و اصلاح‌شده Ti3C2 افزايش يافت.

223253

جداسازي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان