پایان نامه ساخت و ارزیابی غشای نانو کامپوزیتی پلی سولفون نانو ذرات معدنی

فهرست:

صفحه

چکیده ....................................................................................................................  1

مقدمه.......................................................................................................................2

بخش اول مطالعات کتابخانه ای.......................................................................................3

1-1-اهداف تحقیق.......................................................................................................4

1-2-فرضیه ها...........................................................................................................4

1-3-غشا..................................................................................................................4

1-4-تقسیم بندی غشا....................................................................................................5

1-4-1-تقسیم بندی بر اساس مکانیسم حاکم بر جداسازی........................................................5

1-4-2-تقسیم بندی بر اساس جنس غشا.............................................................................5

1-4-2-1-غشاهای پلیمری............................................................................................6

1-4-2-2-غشاهای مایع................................................................................................6

1-4-2-3-غشاهای سرامیکی.........................................................................................6

1-4-2-4-غشاهای فلزی...............................................................................................7

1-4-3-تقسیم بندی بر اساس شکل هندسی غشا....................................................................9

1-4-4-تقسیم بندی بر اساس ساختار غشا..........................................................................9

1-5-ویژگی های غشاها..............................................................................................10

1-6-کاربردهای غشا.................................................................................................10

1-7-فرآیندهای غشایی...............................................................................................11

1-7-1-اسمز معکوس................................................................................................11

1-7-2-نانوفیلتراسیون................................................................................................11

1-7-3-اولترافیلتراسیون.............................................................................................12

1-7-4-میکروفیلتراسیون............................................................................................14

1-8-کامپوزیت.........................................................................................................14

1-8-1-کامپوزیت چیست؟...........................................................................................14

1-8-2-از کاهگل تا کامپوزیت های پیشرفته....................................................................15

1-6-3-کاربردهای دیگر کامپوزیت ها...........................................................................16

1-8-4- ساخت کامپوزیت...........................................................................................17

1-8-5-روش های ساخت نانوکامپوزیت.........................................................................18

1-9-کاربرد تکنولوژی غشا........................................................................................19

1-10-محورهای اصلی کاربرد غشاها...........................................................................19

1-10-1صنعت آب و فاضلاب.....................................................................................19

1-10-2-صنایع غذایی...............................................................................................20

1-10-3-صنایع دارویی و پزشکی................................................................................20

1-10-4-تصفیه هوا و خالص سازی گازها.....................................................................20

1-10-5-کاربردهای دیگر..........................................................................................21

1-11-غشاهای بستر آمیخته.........................................................................................21

1-12-انواع غشاها....................................................................................................22

1-13-مدل حلالیت نفوذ..............................................................................................22

1-14-تجهیزات لازم بررسی ساختار عملکرد غشاها.........................................................25

1-15-تاریخچه گسترش غشا........................................................................................25

1-16-تاریخچه غشاهای بستر آمیخته.............................................................................26

بخش دوم: مواد، تجهیزات و کارهای تجربی....................................................................28

2-1-انتخاب مناسب فاز پلیمری....................................................................................29

2-1-1-غشای پلیمر پلی سولفون...................................................................................29

2-1-2-دلایل انتخاب نانوکلی و نانوسیلیکا و پلیمر.............................................................31

2-2-کارهای تجربی..................................................................................................33

2-2-1-مواد و تجهیزات.............................................................................................33

2-2-2-ساخت غشا....................................................................................................33

2-2-2-1-ساخت فیلم غشای پلیمری اولترافیلتراسیون PSf..................................................33

2-2-2-2-ساخت غشاهای نانوکامپوزیتی........................................................................34

2-2-3-شار آب خالص...............................................................................................35

2-2-3-1-مدول غشایی..............................................................................................35

2-2-3-2-آزمون تراوش.............................................................................................35

2-2-3-3-نحوه انجام آزمایش ها...................................................................................35

2-2-3-4-محاسبه میزان آب خالص عبوری غشا..............................................................36

2-3-روش های ارزیابی ساختاری................................................................................36

بخش سوم: نتایج و بحث.............................................................................................37

3-1-ارزیابی ساختاری..............................................................................................38

3-1-1-طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) .....................................................38

3-1-2-آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM).................................................39

3-1-3-میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) ....................................................................42

3-2-نتایج آزمایش های جداسازی مایعات.......................................................................45

3-2-1-آزمون تراوایی..............................................................................................45

بخش چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات...........................................................................51

4-1-نتیجه گیری......................................................................................................52

4-2-پیشنهادات........................................................................................................54

مراجع...................................................................................................................55

منبع:

 ]1] G. Srikanth, )2008( “Membrane separation processes”technology and Business opportunities, water conditioning  & purification, pp 1-4.

]2] Baker R W. )2004(.Membrane technology and applications, znd ed. Chichester . wiley,.

[3] ا.بختیاری،( شهریور 1389)." ساخت غشاهای آمیخته با پایه پلیمری برای شیرین سازی گاز طبیعی ". پایان نامه دکتری مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه علم و صنعت، تهران.

]4] R. Sharma, pp1 – 95, )2008( “Membrane Filtration” , , available from : http://www.ozscientific.com

]5] “Synthesis and catalytic membranes”)2008( , Institute of polymer research, center for Membranes and structured materials, , Available from : http://www.gkss.de

]6] “Synthetic polymeric membranes that are used with the four filtration technologies” )2008(, pp1 – 2.

]7] T. dev Naylor, )1996( “Polymer Membranes” , Rapra technology limited, volume 8, No. 5,.

]8] “Ceramic membranes” )2008(, lenntech water treatment & air purification, Available from : http :// www.lenntech.com

[9] سرمد حیدری.(2008)، "غشاهای فلزی" ، باشگاه مهندسان ایران، مقاله های مهندسی شیمی،.

]10] J. Baggote, E. Dennis,) 1995( “Membranes” , pp1-10,.

]11] J. Bomben,) 2008( “Membrane separation” , SRI consulting business intelligence,.

]12] E. T. Thostenson, C. Li, T. w. Chou, composite sci. tech. (2005) 491.

]13] “Areas of application of membrane technology” )2008(, Available from : http:// www.itan.ir

]14] S. Kulprathipanja, R.W. Neuzil, N.N. Li, separation of fluids by means of mixed matrix membranes, us. (1988). Patent u, 740,219.

]15] B.Shimekit, H. Mukhtar, and T. Murugesan, )2011(“ prediction of the relative permeability of gases in mixed matrix membranes”  journal of membrane science, vol. 373, pp. 152-159.

[16] Mahajan and W. J. Koros, )2000(“Factors controlling successful formation of mixed matrix gas separation materials”, Ind. Eng. Chem. Res, vol. 39, pp. 2692-2696,

[17] M. A. Aroon, A. F. Ismail, T. Matsuura, and M.M. Montazer-Rahmati, )2010( “ performance studies of mixed matrix membranes for gas separation: A review,” separation and purification technology, vol. 75, pp. 229-242,.

[18] F. R. Mahajan.)2000( “ characterization and Modeling of Mixed Matrix membrane materials,” phD Thesis, university of  texas, Austin,.

[19] W. J. K. D. Q. Vu, S.J. Miller, )2003( “ Mixed matrix membranes using carbon molecular sieves, Π modeling permeation behavior” J. Membr. Sci, vol. 211 pp. 335-348.

[20] Blanco, J. F. Sublet, J. Nguyen, Q. T. Schaetzel, P. )2006( “Formation and morphology studies of different polysulfone-based membranes made by wet phase inversion process”, J.membr. Sci. 283, P.P.27-37,.

[21] Liu, Y. Koops, G. H. Strathmann, H. ) 2003( “characterization of morphology controlled polyethersulfonehollow fiber membranes by the addition of poly ethylene glycol to the dope and bore liquid solution”, J. Membr. Sci. 223. 187-199,.

[22] Kim. J. H. Kang, M. S. Kim, C. K, ,)2005( “Fabrication of membranes for the liquid separation. Part1. Ultrafitration membranes prepared from novel miscible blends of polysulfone and poly (1-vinlpyrrolidone- co-acrylonitrile) copolymers” , J. Membr. Sci. 265, P.P.167-175.

[23] Shen, L. Q, Xu, Z. K, Z. M, Xu, Y. Y., )2003( “ultrafiltration hollow fiber membranes of sulfonated polyetherimide/ polyetherimide blends: preparation, morphologies and antifouling properties” , J. Membr. Sci. 218, P. P. 279-293,.

[24] Zhou, C., Wang, Z. Liang, Y. Yao, J., )2008( “Study on the control of pore sizes of membranes using chemical methods part Π. Optimization factors for preparation of membranes” , desalination 225, P. P. 123-138,.

[25] Ulbricht, M. Belfort, G. )1995( “Low temperature surface modification of polyacrylonitrile ultrafiltration membranes. 1. Plasma treatment effects” J. Appl. Polym. Sci. 56, P.P.325-343.

[26] Taniguchi, M. Belfort, G., )2004( “Low protein fouling synthetic membranes by uv-assisted surface grafting modification: varying monomer type” , J.Membr. Sci. 231. P. P. 147-157.

[27] Rahimpour,  A. Madaeni, S. S. , Taheri, A. H. Mansourpanah, Y ,)2008( Coupling TiO2 nanoparticles with uv irradiation for modification of polyethersulfone ultrafiltration membranes”, Membr. Sci. 313, p.p.158-169.

[28] Akbari, A. Desclaux, S. Rouch, J. C. Aptel, P. Remigy, J. C. )2006( new uv-photografted nanofiltration membranes for the treatment of colored textile dye effluents” J. Membr. Sci. 286. P. P. 342-350.

[29] Yamagishi, H. Crivello, J. Belfort, G. )1995( “Development of a novel photochemical technique for modifying poly(arylsulfone) ultrafiltration membranes”, J. Membr. Sci. 105, P. P.237- 247,.

[30 ] M. S. Jyothi, Vignesh Nayak, Mahesh Padki, R. Geetha Balakrishna, A. F. Ismail (2014) “The effect of UV irradiation on Psf/TiO2 Mixed matrix membrane for chromium rejection” Desalination 354189-199.

[31 ] Hesamoddin Rabiee, Mohammad Hossein Davood Abadi Farahani, Vahid Vatanpour ,)2014( “Preparation and characterization of emulsion poly(vinyl chloride)(EPVC)/TiO2 nanocomposite ultrafiltration membrane” Journal of Membrane Science 472, P.P. 185-193.

[32] Baker, R. W. )2004(.Membrane technology technology and application, Wily publication,.

[33] Y. Ma, F. Shi, W. Zhao, M. Wu, J. Zhang, J. Ma, C. Gao, (2012) “Preparation and characterization of psf/clay nanocomposite membranes with LiCl as a pore forming additive” Desalination 30339-47.

[34] A. Mollahosseini , A. Rahimpour, M. Jahamshahi, M. Peyravi, M. Khavarpour, (2012) “The effect of silver nanoparticle size on performance and antibacteriality of polysulfone ultrafiltration membrane, Desalination 30641-50.

[35 ] Huiqing Wu, Beibei Tang, Peiyi Wu, (2013) “Optimization, Characterization and nanofiltration properties test of MWNTs/Polyester thin film nanocomposite membrane” Journal of Membrane Science 428.

[36 ] Lisebo Phelane, Francis N.Muya, Heidi L.Richards, Priscilla G.L. Baker, Emmanuel I.Iwuoha, (2014)  “polysulfone nanocomposite Membranes with improved hydrophilicity” Electrochimica Acta 326-335.

]37 [اکبری، احمد،،(1387) جداسازی یونهای فلزی از آب توسط غشاهای نانوساختاری پلی سولفون تهیه شده به روش گرافت نوری در حضور اسید اکریلیک، دوازدهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، تبریز، انجمن مهندسی شیمی ایران، دانشگاه صنعتی سهند

 [38] Y. Zhang, F. Liu, Y. Lu, L. Zhao, L. Song , (2013) “Investigation of phosphorylated TiO2-SiO2 particles/polysulfone composite membrane for west water treatment”, Desalination 324118-126.

 [39] C. M. Zimmerman, A. Singh, W. J. Koros, (1997)  “Tailoring mixed matrix composite membranes for gas separations, J. Membr. Sci. 137 -145.

[40] T. M. Gur, (1994) “ permselectivity of zeolite filled polysulfone gas separation membranes,” J. Membr. Sci. 283.

[41] S. Kim, L. Chen, J. K. Johnson, E. Marand, (2007)  “ polysulfone and functionalized carbon nanotube mixed matrix membranes for gas separation” theory and experiment, J. Membr. Sci. 294- 147.

[42] C. L. Aitken, W.J. koros, D. R. paul, (1992) “ Effect of structural summetry on gas transport properties of polysulfones, Macromolecules 25 -3424.

[43] K. Ghosal, R. T. Chern, B. D. Freeman, W. H. Dal y, I. I. Negulescu, (1996)  Effect of basic substituents on gas sorption and permeation in polysulfone, Macro molecules 29 -436