عنوان

مطالعه عملکرد غشاهای نانوکامپوزیتی پلی وینیل کلراید حاوی نانوصفحات گرافن اکساید اصلاح شده با اسید سیتریک درسیستم MBR

IR

۳۹۵۰پ

فارسی

IR

مطالعه عملکرد غشاهای نانوکامپوزیتی پلی وینیل کلراید حاوی نانوصفحات گرافن اکساید اصلاح شده با اسید سیتریک درسیستم MBR

[پایان‌نامه]

Study on the performance of polyvinyl chloride membranes embedded with citric acid modified graphene oxide nanosheets in MBR system

/فریبا قاسم‌زاده

: مهندسی شیمی

، ۱۳۹۸

۹۱ص.

:

زبان: فارسی

زبان چکیده: فارسی

چاپی - الکترونیکی

مصور، جدول، نمودار

کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی- فرایندهای جداسازی

۱۳۹۸/۱۱/۰۱

صنعتی سهند

کمبود آب به دلیل افزایش جمعیت و گسترش فعالیت های صنعتی یک مشکل جدی در سراسر جهان است .ازجمله روش‌های رفع بحران آب، تصفیه و بازیافت با محوریت بازچرخانی آب از منابع غیر متعارف می‌باشد که یکی از شیوههای نوین در این زمینه، فناوری بیوراکتور غشایی (MBR) است .این فناوری ترکیبی از فرآیند لجن فعال متعارف و مدول‌های غشایی است .از مهم‌ترین چالش‌های این فناوری، گرفتگی غشاها و در نتیجه بالا رفتن هزینهها می‌باشد .پلی‌وینیل کلراید (PVC)به دلیل داشتن خواص برجسته نظیرمقاومت مکانیکی وحرارتی بالا و مقاومت شیمیایی قابل توجه عملکرد موثری در زمینههای فیلتراسیون غشایی همچون تصفیه‌ی فاضلاب‌های شهری وصنعتی و تهیه‌ی آب آشامیدنی دارد .در مقابل، مناسب نبودن زاویه تماس و گرفتگی در سیستم بیوراکتور غشایی از چالش‌های بحث برانگیز، در استفاده از این غشاهاست .هدف از این پژوهش، بهبود در خاصیت ضد باکتریایی، ضدگرفتگی و افزایش آب‌دوستی غشای PVC در سیستم MBR است .نانوصفحات گرافن اکساید جزء نانوذرات کربنی هستند که به دلیل داشتن خواص آب‌دوستی عالی، پایداری شیمیایی، غیرسمی بودن، برهم کنش مناسب با پلیمرهای مختلف، فعالیت ضدباکتریایی و سطح ویژه‌ی بالا توجه محققین را به خود جلب نموده است .با توجه به خواص منحصر به‌فرد نانو صفحات گرافن اکساید، در تحقیق حاضراز این نانوصفحه با ترکیب درصد مختلف به عنوان اضافه شونده در ماتریس PVC استفاده شد .به منظور بهبود هر چه بیشتر در آبدوستی و عملکرد ضدگرفتگی غشاها، نانوذرات توسط اسید سیتریک (CA) اصلاح شد و توسط آنالیز FTIR تایید گردید .به منظور بررسی خصوصیات غشاهای ساخته شده، آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی نشرمیدانی(FESM)، اندازه‌گیری زاویه تماس آب با سطح غشا، تخلخل، محتوای آب تهیه شد .همچنین به منظور بررسی عملکرد غشاهای ساخته شده این غشاها در فیلتراسیون ۶ ساعته MBR قرار داده شد و برای تعیین گرفتگی غالب در غشاها از مدل هرمیا استفاده شد .عملکرد ضد گرفتگی غشاها توسط پارامترهای گرفتگی و جذب فرآورده پلیمری برون سلولی (EPS) مورد ارزیابی قرار گرفت .همچنین برای تعیین کیفیت آب تصفیه شده توسط غشاها از جریان عبورکرده تست اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) گرفته شد .تصاویر FESEM از سطح غشاها نشان داد که با افزودن ۰/۱۵ درصد وزنی از نانوذرات، به‌ویژه نانوذرات اصلاح‌شده تعداد حفرات افزایش و میانگین اندازه‌ی آن‌ها کاهش یافته است .غشاهای حاوی ۰/۱۵ درصد وزنی از نانوذرات، بیشترین خاصیت آب‌دوستی و تخلخل و مقومت مکانیکی را از خود نشان دادند .همچنین میزان عبوردهی آب خالص غشاهای نانوکامپوزیتی نشان داد که بیشترین عبوردهی مربوط به غشاهای با ترکیب درصد۰/۱۵ می‌باشد .نتایج حاصل از ارزیابی عملکردی غشاها در سیستم بیوراکتور غشایی نشان داد که شار بحرانی برای غشای PVC برابر باL/m ۲ h۳۳ که این مقدار برای غشاهایPVC/GO ،CA - PVC/GOبه‌ترتیب ۵۸ وL/m ۲ h۱۰۳ افزایش یافته است .با استفاده از آنالیز گرفتگی غشاها مشاهده شد که بهبود در مقاومت غشای نانوکامپوزیتی حاوی نانوذرات اصلاح‌شده در برابر گرفتگی، نسبت به دیگر غشاها بیشتر بود .نسبت گرفتگی برگشت‌ناپذیر از۵۱/۸ درصد برای غشای خالصPVC ، به ۱۸درصد برای غشایCA(- PVC/GO۱۵.۰) wtکاهش یافته است .همچنین با استفاده از مدل هرمیا، مکانیسم غالب گرفتگی برای همه غشاها تشکیل لایه کیک تشخیص داده شد .میزان اکسیژن موردنیاز برای حذف شیمیایی آلاینده‌ها در تمام نمونه‌ها بالای ۹۰ بوده و این پارامتر برای غشایCA(-PVC/GO۱۵.۰) wt، ۹۴/ ۹۸ می‌باشد .آنالیز استخراج EPS از لایه کیک تشکیل شده بر روی سطح غشاها نشان داد که غلظت پروتئین و کربوهیدراتهای موجود در EPSو فرآورده‌های میکروبی محلول (SMP) برای غشایCA(- PVC/GO۱۵.۰) wtکمتر از غشاهای دیگر بود.

Water scarcity is a serious problem all over the world because of population growth and the expansion of industry activities. One of the methods of eliminating water crisis is water treatment and recycling using unconventional resources and one of the new approaches in this field is the membrane bioreactor (MBR) technology. MBR combines activated sludge process (CAS) and the membrane separation process. Membrane fouling is an important challenge which limits the application of MBR technology. Due to their outstanding properties such as chemical resistance, thermal stability and biocompatibility, polyvinyl chloride (PVC) membranes are widely used in different membrane processes. However, hydrophobic nature of PVC membrane makes them to be fouled easily in MBR. The main objective of the present work is the reduction in fouling of PVC membrane. Graphene oxide is a kind of carbon nanoparticles which possesses outstanding properties such as high specific surface area, excellent hydrophilicity, chemical stability, non-toxicity, proper intraction with different polymers and antibacterial activity. In this work, Graphene oxide with different composition was used as additive in the PVC matrix. In order to achieve efficient distribution and hydrophilicity of nanoparticles in matrix, the surface modification was carried out using citric acid and the result of FTIR confirmed modification. Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), water contact angle, porosity, water content, tensile strength, and abrasion resistance measurements were used to determine the properties of the prepared membranes. Also, the performance of the membranes was evaluated in a lab-scale MBR system for 6 hour. Hermias model was used to determine the prevailing mechanism in the membranes. The antifouling performance of the membranes was evaluated by the fouling parameters and adsorption of the extracellular polymer product (EPS). The chemical oxygen demand (COD) test was also carried out to determine the quality of water purified by the membranes. FESEM images showed that the number of surface pores increased as the content of modified Graphene oxide increased up to 0.15 wt. whereas the mean pore radius decreased. The membranes with 0.15 wt. of nanoparticles showed the highest values in hydrophilicity, porosity and tensile strength. Also, the result of the pure water flux showed that the optimum nanocomposite membrane with composition of 0.15. The performance of membrane was evaluated in a membrane bioreactor and the results showed that critical flux values for neat PVC, PVC/GO, PVC/GO-CA optimum membranes were 33, 58, 103 L/m2.h, respectively. Analysis of membranes fouling revealed that the antifouling properties of optimum membranes containing modified nanoparticles were better than other ones. Irreversible fouling ratio decreased from 51.8 for neat PVC, to 18 , for PVC/GO-CA membranes, respectively. Also, the analysis of fouling mechanism based on Hermias model revealed that the cake formation is prevailing mechanism for all membranes. COD removal for all samples was more than 90 and this parameter was 98.94 for PVC/GO-CA membrane. Analysis of extractable EPS from the layer cake formation on the membrane surface showed that the concentrations of proteins and carbohydrates in the EPS and soluble microbial products (SMP) for PVC/GO-CA (0.15 wt. ) membrane are less than other membranes..

ba

Study on the performance of polyvinyl chloride membranes embedded with citric acid modified graphene oxide nanosheets in MBR system

پلی‌وینیل کلراید

گرافن اکساید

غشای نانوکامپوزیتی

اسید سیتریک

بیوراکتور غشایی

Polyvinylchloride, Graphene Oxide, Nanocomposite membranes, Citric Acid, Membrane bioreactor

پلی‌وینیل کلراید، گرافن اکساید، غشای نانوکامپوزیتی، اسید سیتریک، بیوراکتور غشایی

قاسم‌زاده، فریبا

جعفرزاده، یونس، استاد راهنما

حضرتی، حسین، استاد راهنما

ایران

20230912

شیمی ،۲۰۹۲۴ ،۱۳۹۸

م‌تسیسرد ک‌یرتیس‍ دیسا اب‍ ه‌دش‍ ح‌لاصا دیاسکا ن‌فارگ‍ ت‌احفصونان‍ ی‌واح‍ دیارلک‍ ل‌ینیو ی‌لپ‍ ی‌تیزوپماکونان‍ ی‌اهاشغ‍ درکلمع‍ ه‌علاطم‍ MBR.pdf

عادی

عادی

3950.pdf

pch20924.pdf

0

ایمانی

متن

0

پ۳۹۵۰

فارسی

نمایه‌سازی قبلی

pe

TF

92029

1

a

Y