عنوان

بهبود نفوذ‌پذیری و عملکرد ضد گرفتگی غشای اولترافیلتراسیون پلی وینیل کلراید (PVC)با استفاده از ماده افزودنی توئین 20 (Tween 20) و حمام انعقاد نمکی (SCB)

۴۸۳۸پ

فارسی

بهبود نفوذ‌پذیری و عملکرد ضد گرفتگی غشای اولترافیلتراسیون پلی وینیل کلراید (PVC)با استفاده از ماده افزودنی توئین 20 (Tween 20) و حمام انعقاد نمکی (SCB)

[پایان نامه]

حسین لطفی

صنعتی سهند

۱۴۰۱

۹۸ص.

مصور، جدول، نمودار

CD

کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی- فرآیندهای جداسازی

۱۴۰۱/۰۷/۰۱

با توجه به توسعه استفاده از فناوری غشایی در صنایع مختلف بویژه تصفیه آب و پساب، در چند سال اخیر توجه ویژه‌ای به استفاده از این فناوری شده است. غشاهای پلیمری در حال حاضر بدلیل مزایایی مانند: قیمت پایین‌تر نسبت به غشاهای دیگر، پایداری شیمیایی و فیزیکی خوب و ...، نگاه‌های بسیاری از محققان را به خود جلب کرده‌اند. در اين بين، استفاده از پليمر پلي وينيل کلرايد (PVC) براي ساخت غشا با توجه به ويژگي‌هاي منحصر به فرد و قيمت بسيار پايين آن در مقايسه با ديگر پليمرها، از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. بطور کلي در استفاده از غشا‌هاي پليمري همواره چالش‌هایی برای کاهش محدودیت‌ها و معایب یا بهبود خواص ساختاری و عملکردی آن‌ها وجود دارد. هدف از این تحقیق اصلاح خواص ساختاری و عملکردی غشا پلی وینیل کلراید به منظور استفاده در فرایند تصفیه آب می باشد. برای این منظور، از ماده افزودنی توئین 20 (tween 20) برای اضافه نمودن به محلول غشایی و نمک سدیم کلراید (NaCl) برای افزودن به حمام انعقاد استفاده شد. برای دستیابی به غشای بهینه از نظر بالاترین شار آب خالص عبوری و آبدوستی، ترکیب درصد پلیمر پلی وینیل کلراید و ماده افزودنی توئین 20، دمای محلول اولیه غشایی قبل از جدایش فازی و نیز غلظت نمک سدیم کلراید درون حمام انعقاد به عنوان پارامترهای تاثیر گذار در ساخت غشا بررسی شد. سپس برای مشخصه یابی ساختاری و عملکردی غشاهای ساخته شده، از میکروسکوپ گسیل میدانی (FESEM)، طیف سنجی توزیع انرژی پرتو ایکس (EDS) و آزمون‌های عبوردهی آب خالص، زاویه تماس قطره آب، تخلخل سنجی، سرعت جدایش فازی و فیلتراسیون محلول هیومیک اسید استفاده شد. برای ارزیابی ساختاری و عملکردی دینامیکی در فیلتراسیون انتها بسته، غشا‌های دارای 3، 5 و 7 درصد وزنی از ماده افزودنی توئین 20 برای حذف هیومیک اسید ارزیابی گردید. بر اساس نتایج حاصل شده، در تصاویر FESEM قابل مشاهده بود که در زمان حضور توئین 20، حفرات سطح غشا بزرگ‌تر شد و حفرات دارای همگنی خوبی بودند. در مقابل، حضور نمک سدیم کلراید در حمام انعقاد، باعث کاهش قطر حفرات گردید و ناهمگنی در ساختار حفرات افزایش یافت. همچنین، آزمون ارزیابی EDS نشان داد، توئین 20 و نمک سدیم کلراید در ساختار غشا‌هایی که از آن‌ها استفاده شده، به مقدار اندکی باقی مانده بود. زاویه تماس قطره آب در غشای PVC خالص برابر 84 درجه بود که با افزودن 7 درصد وزنی توئین 20، به 53 درجه کاهش یافت. شار آب خالص عبوری از غشای دارای توئین نسبت به غشای PVC خالص، از 117 به L/(m^2.h) 388 افزایش یافت و این غشای بهبود یافته، 81% هیومیک اسید را حذف نمود. در مقابل، در زمان ساخت غشا از محلول غشایی دارای 7 درصد وزنی توئین، افزودن 15 درصد وزنی نمک سدیم کلراید به حمام انعقاد، باعث کاهش شعاع میانگین حفرات غشا گردید و همچنین شار آب خالص عبوری به L/(m^2.h) 141 کاهش یافت. با تحقیقات انجام گرفته شده در این پژوهش، مشاهده شد، غشا دارای 16 درصد وزنی پلی وینیل کلراید، 7 درصد وزنی توئین 20 و حمام انعقاد عاری از نمک سدیم کلراید، بهترین عملکرد را در آزمون‌های عبوردهی آب خالص، فیلتراسیون محلول هیومیک اسید و بازیابی شار عبوری دارد و وجود نمک سدیم کلراید در حمام انعقاد، باعث کاهش راندمان غشا پلی وینیل کلراید می گردد.

Due to the development of the use of membrane technology in various industries, especially water and wastewater treatment, special attention has been paid to the use of this technology in the last few years. Currently, polymer membranes have attracted the attention of many researchers due to advantages such as: lower price compared to other membranes, good chemical and physical stability, etc. Meanwhile, the use of polyvinyl chloride polymer (PVC) for making membranes is of special importance due to its unique features and its very low price compared to other polymers. In general, in the use of polymeric membranes, there are always challenges to reduce the limitations and disadvantages or improve their structural and functional properties. The purpose of this research is to improve the structural and functional properties of polyvinyl chloride membrane for use in water purification process. For this purpose, Tween 20 additive was used to add to the membrane solution and sodium chloride salt (NaCl) was used to add to the coagulation bath. In order to achieve the optimal membrane in terms of the highest pure water flux and hydrophilicity, the combination of polyvinyl chloride polymer percentage and Tween 20 additive, the temperature of the initial membrane solution before phase separation and the sodium chloride salt concentration in the coagulation bath as influencing parameters in The construction of the membrane was investigated. Then, for structural and functional characterization of the manufactured membranes, field emission microscope (FESEM), X-ray energy distribution spectroscopy (EDS) and pure water permeability tests, water droplet contact angle, porosity measurement, phase separation rate and filtration of humic acid solution used. For dynamic structural and performance evaluation in closed end filtration, membranes with 3, 5 and 7 wt% of Tween 20 additive were evaluated for humic acid removal. Based on the obtained results, it was visible in the FESEM images that when Tween 20 was present, the pores on the membrane surface became larger and the pores had good homogeneity. On the other hand, the presence of sodium chloride salt in the coagulation bath decreased the diameter of the pores and increased the heterogeneity in the structure of the pores. Also, the EDS evaluation test showed that Tween 20 and sodium chloride salt remained in a small amount in the structure of the membranes that were used. The contact angle of the water drop in the pure PVC membrane was 84 degrees, which was reduced to 53 degrees by adding 7 wt% of Tween 20. The pure water flux passing through the tween membrane compared to the pure PVC membrane increased from 117 to 388 L/(m^2.h) and this improved membrane removed 81% of humic acid. On the other hand, when preparation the membrane from a membrane solution containing 7 wt% of tween 20, adding 15 wt% of sodium chloride salt to the coagulation bath caused a decrease in the average radius of the membrane pores and also the pure water flux passing to 141 L/(m^2.h) decreased. With the research carried out in this research, it was observed that the membrane with 16 wt% of polyvinyl chloride, 7 wt% of Tween 20 and a coagulation bath free of sodium chloride salt has the best performance in pure water permeability tests, filtration of humic acid solution and recovery of passing flux and the presence of sodium chloride salt in the coagulation bath reduces the efficiency of the polyvinyl chloride membrane.

Improving the permeability and anti-clogging performance of polyvinyl chloride (PVC) ultrafiltration membranes using Tween 20 additive and salt coagulation bath (SCB)

تصفیه آب

غشا‌های پلیمری

پلی وینیل کلراید و گرفتگی

تصفیه آب، غشا‌های پلیمری، پلی وینیل کلراید و گرفتگی

water treatment, polymer membranes, polyvinyl chloride and fouling

لطفی، حسین

اکبری

عبدلی

، علی

، مجید

استاد راهنما

استاد راهنما

صنعتی سهند

ایران

دانشگاه صنعتی سهند

شیمی، ۲۱۰۸۸، ۱۴۰۱

p

TF

92029

a

Y