عنوان

ساخت و اصلاح غشاهای اولترافیلتراسیون پلی وینیلیدن فلوراید با استفاده از نانوهیدروکسیدهای دوگانه‌ی لایه‌ای

شماره

‭۱۹۱۷۲پ‬

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

ساخت و اصلاح غشاهای اولترافیلتراسیون پلی وینیلیدن فلوراید با استفاده از نانوهیدروکسیدهای دوگانه‌ی لایه‌ای

نام نخستين پديدآور

/سمیرا عارفی اسکویی

نام ناشر، پخش کننده و غيره

: شیمی

تاریخ نشرو بخش و غیره

، ‮‭۱۳۹۶‬

نام توليد کننده

، میرزائی

متن يادداشت

چاپی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

شیمی کاربردی

زمان اعطا مدرک

‮‭۱۳۹۶/۱۱/۱۶‬

کسي که مدرک را اعطا کرده

تبریز

متن يادداشت

در مرحله‌ی اول این کار تحقیقاتی، نانوهیدروکسید دوگانه‌ی لایه‌ای‮‭CO۳۲-NLDH MgAl‬- با استفاده از روش همرسوبی-هیدروترمال سنتز شده و با استفاده از تکنیک‌های ‮‭XRD‬، ‮‭SEM‬ و‮‭IR - FT‬مورد آنالیز قرار گرفت .در مرحله‌ی دوم، تاثیر ‮‭NLDH‬ به عنوان یک ماده‌ی نانوساختار آبدوست بر روی ساختار و عملکرد غشاهای ‮‭PVDF‬ مورد بررسی قرار گرفت .برای ساخت غشاهای نانوکامپوزیتی ‮‭NLDH/PVDF‬ از روش وارونگی فاز بهره گرفته شد .مورفولوژی سطح و مقطع عرضی غشاها، چگونگی پخش ‮‭NLDH‬ در ماتریس پلیمر، زبری سطح غشاها و میزان آبدوستی غشاهای ساخته شده به ترتیب با استفاده از تکنیک‌های‮‭SEM‬ ،‮‭EDAX‬ ، ‮‭AFM‬ و زاویه‌ی تماس مورد آنالیز قرار گرفتند .طبق بررسی‌های انجام یافته غلظت بهینه‌ی ‮‭NLDH‬ برابر با ‮‭wt. ۵/۰‬ بدست آمد .نتایج نشان داد در حضور غلظت بهینه از ‮‭NLDH‬ میزان فلاکس آب مقطر از ‮‭L/m۲ h ۸/۴۷۳‬ برای غشای ‮‭PVDF‬ اصلاح نشده به مقدار ‮‭L/m۲ h ۲/۷۰۲‬ افزایش یافت .علاوه بر بهبود تراوایی غشاهای‮‭PVDF‬ ، نتایج نشان داد در حضور غلظت بهینه‌ی ‮‭NLDH‬ خاصیت ضدگرفتگی غشای ‮‭PVDF‬ نیز به طور چشمگیری بهبود یافته است .همچنین غشای نانوکامپوزیتی ‮‭NLDH/PVDF‬ بهینه برای تغلیظ پروتئین موجود در آب پنیر مورد استفاده قرار گرفت .نتایج نشان داد میزان فلاکس عبوری در مقایسه با غشای ‮‭PVDF‬ اصلاح نشده ‮‭۷/۵۲‬ بالاتر می‌باشد که این افزایش به بهبود خاصیت آبدوستی غشاهای ‮‭PVDF‬ در حضور ‮‭NLDH‬ نسبت داده شد .در مرحله‌ی سوم، تاثیر حلال‌های مختلف شامل نرمال متیل پیرولیدون‮‭(NMP)‬ ، دی متیل استامید‮‭(DMAc)‬ ، دی متیل فرمامید ‮‭(DMF)‬ و دی متیل سولفوکسید ‮‭(DMSO)‬ بر روی ساختار و عملکرد غشاهای نانوکامپوزیتی ‮‭NLDH/PVDF‬ مورد بررسی قرار گرفت .نتایج نشان داد، نوع حلال به طور موثری مورفولوژی، چگونگی پخش ‮‭NLDH‬ در ماتریس پلیمر ‮‭PVDF‬ و خواص غشای ساخته شده از جمله میزان آبدوستی را تحت تاثیر قرار می‌دهد .غلظت وزنی بهینه‌ی ‮‭NLDH‬ برای غشاهای نانوکامپوزیتی ساخته شده با حلال‌های‮‭NMP‬ ،‮‭DMAc‬ ، ‮‭DMF‬ و ‮‭DMSO‬ به ترتیب برابر‮‭wt. ۵/۰‬ ،‮‭wt. ۱‬ ، ‮‭wt. ۱‬ و ‮‭wt. ۵/۰‬ بدست آمد .فلاکس آب مقطر غشاهای نانوکامپوزیتی ‮‭NLDH/PVDF‬ ساخته شده با حلال‌های‮‭NMP‬ ،‮‭DMAc‬ ، ‮‭DMF‬ و ‮‭DMSO‬ در حضور مقادیر بهینه ‮‭NLDH‬ به ترتیب ‮‭۲۰/۴۸‬ ، ‮‭۷۹/۱۱‬ ، ‮‭۵۲/۳۵‬ و ‮‭۱۱/۲۸‬ افزایش نشان داد .طبق بررسی‌های انجام شده، حلال بهینه برای غشای نانوکامپوزیتی ‮‭NLDH/PVDF‬ حلال ‮‭NMP‬ بدست آمد .در مرحله‌ی چهارم این کار تحقیقاتی، تاثیر افزودنی‌های مختلف از جمله پلی اتیلن گلیکول ‮‭(PEG)‬ و پلی وینیل پیرولیدون ‮‭(PVP)‬به عنوان پلیمرهای آبدوست و پلورونیک‮‭۱۲۷ - F‬به عنوان کوپلیمر آمفیفیلیک بر روی خواص و عملکرد غشای نانوکامپوزیتی ‮‭NLDH/PVDF‬ مورد بررسی قرار گرفت .نتایج مربوط به آنالیزهای ‮‭SEM‬ و زاویه‌ی تماس نشان داد خواص ساختاری غشای نانوکامپوزیتی ‮‭NLDH/PVDF‬ از جمله میزان تخلخل سطحی، متوسط اندازه‌ی حفرات سطح و میزان آبدوستی غشا در حضور ‮‭wt. ۱‬ از افزودنی ‮‭PVP۲۹۰۰۰‬ در مقایسه با سایر افزودنی‌های مورد بررسی بهبود بیشتری نشان داد .مقدار فلاکس آب مقطر، فلاکس محلول پروتئین آلبومین سرم گاوی ‮‭(BSA)‬ و نسبت بازیابی فلاکس ‮‭(FRR)‬ برای غشای نانوکامپوزیتی ‮‭NLDH/PVDF‬ حاوی ‮‭wt. ۱‬ از ‮‭PVP۲۹۰۰۰‬ به عنوان غشای بهینه به ترتیب‮‭L/m۲ h ۲/۷۰۲‬ ، ‮‭L/m۲ h ۳/۱۱۹‬ و ‮‭۴/۷۳‬ بدست آمد .هدف اصلی از مرحله‌ی پنجم تعیین فرمول بهینه‌ی غشای نانوکامپوزیتی ‮‭NLDH/PVDF‬ با استفاده از روش‌های کامپیوتری به عنوان یک روش مقرون به صرفه بود .در راستای این هدف، از شبکه‌ی عصبی مصنوعی ‮‭(ANN)‬ برای برقراری ارتباط بین عملکرد غشا) فلاکس آب مقطر، فلاکس محلول پروتئین ‮‭BSA‬ و نسبت بازیابی فلاکس (‮‭(FRR)‬ و پارامترهای تاثیرگذار) غلظت پلیمر‮‭PVDF‬ ، غلظت ‮‭PVP۲۹۰۰۰‬ و غلظت ‮‭NLDH)‬ بهره گرفته شد .سپس برای بدست آوردن مقادیر بهینه‌ی پارامترهای تاثیر گذار، مدل شبکه‌ی عصبی بدست آمده به نرم‌افزار بهینه‌ساز ژنتیک الگوریتم ‮‭(GA)‬ معرفی شد .مقادیر بهینه برای غلظت پلیمر‮‭PVDF‬ ، غلظت ‮‭PVP۲۹۰۰۰‬ و غلظت ‮‭NLDH‬ به ترتیب‮‭wt. ۱۸‬ ، ‮‭wt. ۱‬ و ‮‭wt. ۵۴/۰‬ بدست آمد .مطابقت خوب نتایج تجربی غشای نانوکامپوزیتی ساخته شده در شرایط بهینه‌ی بدست آمده با ‮‭GA‬ با نتایج پیش‌بینی شده توسط مدل شبکه‌ی عصبی مصنوعی نشان داد سیستم هیبریدی‮‭GA -ANN‬می‌تواند به عنوان یک سیستم با کارایی بالا و مقرون به صرفه برای مدلسازی و بهینه‌سازی عملکرد غشاهای اولترافیلتراسیون مورد استفاده قرار بگیرد

متن يادداشت

In the first step of this research, the Mg-Al CO32- nanolayered double hydroxide (NLDH) was synthesized using facil co-precipitation method followed by hydrothermal treatment. The synthesized NLDH was characterized using SEM, FT-IR and XRD techniques. In the second step, prepared NLDH was used as a hydrophilic nanofiller to develop a high-flux PVDF-based ultrafiltration membrane. The surface and cross-sectional morphology, NLDH distribution in matrix of nanocomposite membrane, surface roughness and hydrophilicity of prepared membranes were analyzed using SEM, EDAX, AFM and water contact angle techniques, respectively. The results indicated that the pure water flux was significantly increased from 473.8 L/m2 h for the bare membrane to 702.2 L/m2 h for nanocomposite membrane containing optimum amount of NLDH (0.5 wt ). In addition, the mentioned optimum NLDH/PVDF nanocomposite represented the best antifouling performance. The performance of the bare and optimum nanocomposite membrane containing 0.5 wt of NLDH was investigated for whey protein concentration, and the results indicated that the nanocomposite membrane had better antifouling property. In the third step, the effect of different solvents e.g. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAc) and dimethylformamide (MDF) on the physicochemical properties of NLDH/PVDF nanocomposite ultrafiltration membranes was investigated. The results showed that the morphology, dispersion of NLDH in the matrix of polymer and the properties of the nanocomposite membrane are mainly affected by the type of the solvent. The optimum contents of NLDH for nanocomposite membranes prepared using NMP, DMAc, DMF and DMSO in the presence of 1 wt of PVP29000 was found to be 0.5 wt. , 1wt. , 1 wt. and 0.5 wt. , respectively, which caused 48.20 , 11.79 , 35.52 and 28.11 improvement in pure water flux. Based on the results, NMP was selected as optimum solvent for NLDH/PVDF nanocomposite membrane. In the next step of this research, effect of the different additives including hydrophilic polymers e.g. PVP and PEG and amphiphilic copolymer e.g. Pluronic F-127 on the properties and performance of NLDH/PVDF nanocomposite membrane was investigated. The results obtained from analysis techniques indicated that surface porosity, average surface pore size, surface hydrophilicity and cross-sectional morphology of the NLDH/PVDF nanocomposite membrane were efficiently improved by introducing 1 wt. of PVP29000 to the matrix of the nanocomposite membrane. In addition, the NLDH/PVDF nanocomposite in the presence of PVP29000 as optimum additive represented high pure water flux (702.2 L/m2 h), high BSA flux (119.3 L/m2 h) and good antifouling property (FRR of 73.41 ). At the end step of this project, an artificial neural network (ANN) model was developed for modeling and expressing the relationship between the performance of the nanocomposite (pure water flux, protein flux and flux recovery ratio) and the affecting parameters including the NLDH, PVP 29000 and polymer concentrations. The developed ANN model was introduced to genetic algorithm (GA) as a bio-inspired optimizer to determine the optimum values of affecting parameters. The optimum values for NLDH, PVP 29000 and the PVDF concentration were determined to be 0.54 wt. , 1 wt. and 18 wt. , respectively. The performance of the nanocomposite membrane prepared using the optimum values proposed by GA was investigated experimentally, in which the results were in good agreement with the values predicted by ANN model with error lower than 6 . This good agreement confirmed that the nanocomposite membranes prformance can be successfully modeled and optimized by ANN-GA system

مستند نام اشخاص تاييد نشده

عارفی اسکویی، سمیرا

مستند نام اشخاص تاييد نشده

ختائی، علیرضا، استاد راهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

وطن‌پور، وحید، استادراهنما

يادداشت عمومي

سیاه و سفید

وضعیت فهرست نویسی

نمایه‌سازی قبلی