بررسي تأثير پارامترهاي ساخت در شكل و توزيع تخلخل غشا‌هاي آلومينايي مزو-ماكرومتخلخل به روش ريخته‌گري ژلي جهت مصرف در صنعت آب

دكترا

بكارگيري فناوري‌هاي جديد مانند فناوري غشايي در جداسازي در راستاي توسعه پايدار، كاهش آلودگي منابع آب و پساب‌ها اجتناب‌ناپذير است. اصلي‌ترين چالش در بخش فيلتراسيون مايع، توازن بين مقدار دفع و گذردهي غشا به منظور افزايش بازدهي غشا است. هدف اصلي از اين تحقيق ساخت با رويكرد توسعه پايدار يك بدنه‌ي آلومينايي مزو-ماكرومتخلخل سلسله مراتبي با استحكام مكانيكي مناسب براي كاربرد غشاي اولترافيلتراسيون در محدوده‌ي باريك است به گونه‌اي كه با حداقل تخريب مقدار دفع غشا (برش مولكولي يا MWCO)، باعث افزايش گذردهي و در نتيجه بازدهي غشا شود. وجود ماكروتخلخل‌ها به صورت كنترل شده در مواد مزومتخلخل باعث ايجاد حفراتي براي انتقال بيشتر به مكان‌هاي با سطح ويژه‌ي بالاي مزوتخلخل‌ها مي‌شود. پارامترهاي هدف براي دستيابي به غشاي اولترافيلتراسيون در محدوده باريك با بازدهي بالا عبارتند از: سطح ويژه‌ي بالا (بيشتر از m2/g 250)، توزيع اندازه تخلخل در محدوده‌ي nm 1-10، حجم تخلخل بيشتر از cm3/g 4/0، برش مولكولي در محدوده kDa 1-10 و مقدار گذردهي بالاتر از گذردهي موجود براي غشاهاي سراميكي اولترافيلتراسيون در محدوده باريك باشد. براي رسيدن به اين هدف، تاثير پارامترهاي مختلف مانند مقدار كوپليمر P123، مقدار نيتريك اسيد و دماي كلسيناسيون بر پودر مزومتخلخل آلوميناي براي تعيين شرايط بهينه براي سنتز پودر آلوميناي مزومتخلخل به روش سل ژل از طريق طراحي آزمايش به روش تاگوچي و سطح پاسخ مورد ارزيابي قرار گرفت. شرايط بهينه براي دستيابي به پودر مزومتخلخل آلومينا به صورت g 42/2 كوپليمر P123، ml 58/0 نيتريك اسيد و دماي كلسيناسيون C 524 نتيجه‌گيري شد. سپس، تعيين شرايط بهينه براي ساخت بدنه‌ي آلومينايي ماكرومتخلخل به روش ريخته‌گري ژلي مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور، تغييرات دانسيته و استحكام مكانيكي بدنه، سطح ويژه بدنه، اندازه و توزيع اندازه تخلخل بدنه نسبت به تغييرات پارامترهاي مختلف ساخت مانند درصد ماده‌ي جامد آلومينا، دماي زينتر، مقدار مونومر و اتصال دهنده‌ي عرضي و نسبت نانوآلومينا به ميكرون آلومينا مورد ارزيابي قرار گرفته است. شرايط بهينه براي ساخت بدنه ماكرومتخلخل آلومينايي به صورت vol.% 15 ماده جامد آلومينا با نسبت 60_N/(40_M ) نانو آلومينا به ميكرون آلومينا و wt.% 18 مونومر و اتصال‌دهنده‌ي عرضي نتيجه شده است. براي بدنه‌ي ماكرومتخلخل در اين شرايط بهينه، با افزايش دماي زينتر در دماهاي C 1600، 1450، 1300 و 1150، تخلخل كل برابر با 99/32%، 80/42، 41/59 و 44/70، درصد تخلخل باز برابر با 11/18%، 42/67، 32/72 و 20/89، دانسيته بالك برابر با g.cm-3 86/2، 71/2، 61/1 و 17/1 و استحكام مكانيكي برابر با MPa 18/27، 39/19، 24/9 و 50/7 اندازه‌گيري شده است. در انتها، بدنه‌ي غشاي آلومينايي مزو-ماكرومتخلخل سلسله مراتبي در شرايط بهينه براي پودر مزومتخلخل و بدنه ماكرومتخلخل با استفاده از تلفيق روش‌هاي سل ژل و ريخته‌گري ژلي ساخته شده است و كاركرد غشاي اولترافيلتراسيون در محدوده باريك شامل مقدار گذردهي آب و مقدار برش مولكولي مورد بررسي قرار گرفته است. بدنه‌ي غشاي آلومينايي مزو-ماكرومتخلخل سلسله مراتبي داراي مزوتخلخل‌هايي با مشخصات m2.g-1 82/392، cm3.g-1 62/0 و nm 81/5 و ماكروتخلخل‌هايي با اندازه تخلخل nm 63/161 و درصد تخلخل 80/42% است. اين غشا داراي برش مولكولي KDa 62/7 است كه قابليت دفع بالاي 90% آلاينده‌هايي با اندازه مولكولي بالاي KDa 62/7 را دارد. مقدار گذردهي اين غشا L.m-2.h-1.bar-1 50/18 اندازه‌گيري شده است كه افزايش چشمگيري در مقدار گذردهي با غشاهاي سراميكي مشابه و موارد صنعتي مشاهده شده است.

210460

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مواد

حسين سرپولكي