اصلاح سطح غشاهاي اولترافيلتراسيون پلي وينيليدين فلورايد (PVDF) با نقاط پليمري به‌منظور افزايش آب‌دوستي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پليمر

كارشناسي ارشد

فناوري‌هاي غشايي به‌عنوان يك روش مؤثر براي جداسازي مواد در فرايندهاي مختلف، باتوجه‌به نياز روزافزون به حفظ منابع آبي، توجه زيادي را به خود جلب كرده‌اند. يكي از چالش‌هاي مهم اين فناوري‌ها، گرفتگي و رسوب سطحي در غشاها، به‌ويژه در سامانه‌هاي اولترافيلتراسيون است. اين مشكل مي‌تواند عملكرد سامانه‌هاي غشايي را به‌شدت تحت‌تأثير قرار دهد. در اين پژوهش، به‌منظور رفع اين مشكلات و بهبود عملكرد غشاهاي پلي‌وينيليدن فلورايد (PVDF)، از نقاط كوانتومي پليمري (PDs) با خاصيت آبدوستي بالا استفاده شده است. سنتز اين نقاط به روش هيدروترمال و با استفاده از پلي‌اتيلن گليكول (PEG) و اتيلن دي آمين (EDA) در حلال آبي انجام شده است. ساختار اين نقاط كوانتومي با استفاده از شيوه‌هاي مختلف نظير طيف‌سنجي مادون‌قرمز تبديل فوريه (FTIR)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) و تست اسپكتروفتومتر(UV-Vis) ، بررسي شده است. در اين پژوهش، غشاي پلي‌وينيليدن فلورايد (PVDF) به روش وارونگي فاز تهيه شد. به منظور تهيه محلول پليمري از 16 درصد وزني PVDF، 90/80 درصد وزني NMP به‌عنوان حلال، 1/0 درصد وزني SiO₂ به‌عنوان نانوذره آبدوست و عامل هسته‌گذار، و 3 درصد وزني PEG به‌منظور ايجاد منافذ و بهبود آبدوستي، استفاده شد. پس از آن سطح غشاي PVDF خام نخست تحت فرايند پيش‌اصلاح قليايي (فلورزدايي) قرار گرفت تا با ايجاد پيوندهاي دوگانه كربن–كربن (−C=C−)، بستر مناسبي براي انجام واكنش‌هاي شيميايي بعدي فراهم شود. سپس نقاط كوانتومي پليمري سنتز شده، به روش اصلاح سطح بر روي سطح غشاي PVDF پيوند خورده تا ويژگي‌هاي آب‌دوستي غشاها بهبود يابد و مقاومت در برابر گرفتگي و رسوب سطحي افزايش پيدا كند. بنابراين فرايند اصلاح سطح غشاي PVDF در دو مرحله انجام شد. در مرحله نخست، با حذف اتم‌هاي فلوئور (فلورزدايي)، پيوندهاي دوگانه‌اي در ساختار غشا ايجاد مي‌شود كه نقش مراكز فعال براي واكنش‌هاي شيميايي را ايفا مي‌كنند. در مرحله بعد، اين مراكز واكنش‌پذير از طريق واكنش افزايشي مايكل با گروه‌هاي آميني موجود در ساختار نقاط كوانتومي پليمري(PDs) وارد واكنش مي‌شوند. به‌منظور تعيين شرايط بهينه به منظور انجام واكنش اصلاح سطح، از طراحي آزمايش به روش تاگوچي استفاده شد. اين روش با كاهش تعداد آزمايش‌ها، امكان بررسي تأثير عوامل فرايندي را فراهم مي‌سازد. نتايج آزمايش‌ها نشان مي‌دهد نقاط كوانتومي پليمري با ميانگين اندازه ذرات 5/3 نانومتر با موفقيت سنتز شده‌اند و غشاهاي اصلاح‌شده با نقاط كوانتومي پليمري داراي شار آب خالص بالاتر و زاويه تماس كمتري با آب هستند كه اين نشان‌دهنده افزايش آب‌دوستي سطح غشا است. به طور خاص، شار آب خالص براي غشاي خام از L/m2.h 39/101 به L/m2.h 37/113 افزايش يافته است و زاويه تماس آب با سطح غشا از حدود 85 درجه به حدود 37 درجه كاهش‌يافته است. همچنين، اين غشاها در مقايسه با غشاهاي معمولي PVDF، از مقاومت بيشتري در برابر گرفتگي و رسوب سطحي برخوردارند و بهبود قابل‌توجهي در خواص ضد گرفتگي نشان مي‌دهند، به‌طوري‌كه درصد بازيابي شار آب خالص (FRR) از حدود 30 درصد به 60 درصد افزايش‌يافته است. نتايج اين پژوهش مي‌تواند به ارتقاي استفاده از فناوري‌هاي غشايي و مواد پليمري در فرايندهاي تصفيه آب و ديگر كاربردهاي صنعتي كمك شاياني نمايد.

234564

فراورش

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان