عنوان پایان‌نامه
به کارگیری غشاهای نانو کامپوزیتی برای کاهش گرفتگی در بیوراکتور های غشایی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1331.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59757
- تاریخ دفاع
- ۰۸ بهمن ۱۳۹۱
- دانشجو
- یاسمن محدث مجتهدی
- استاد راهنما
- محمدرضا مهرنیا
- چکیده
- در این پژوهش اثر نانوذرات آلومینا در ساختار غشای PSf بر عملکرد فیلتراسیون، ساختار غشا و کم شدن میزان گرفتگی مورد مطالعه قرار گرفت. بر این اساس مرحله اول ساخت غشاهای نانوکامپوزیتی با هدف انتخاب بهترین روش افزودن نانوذرات به ساختار غشای پلیمری با ترکیب درصد ثابت به دو روش به دام اندازی نانوذرات در بستر و لایه نشانی نانوذرات بر روی سطح غشا با استفاده از پلیمریزاسیون نوری انجام شد، ساختار و عملکرد غشاهای نانوکامپوزیتی حاصله مورد مطالعه قرار گرفت تا غشایی با کمترین میزان گرفتگی و بهترین عملکرد جداسازی انتخاب شود. نتایج، افزایش L/m2hr 91/73 شار غشای نانوکامپوزیتی با نانوذرات به دام افتاده را نسبت به غشای پلیمری نشان داد. همچنین روش به دام اندازی در مقایسه با روش لایه نشانی، شار عبوری بیشتر اما احتباس رنگینه کمتری نشان داد، بنابراین با توجه به هدف کاهش گرفتگی غشا، برای مرحله دوم ساخت، روش به دام اندازی نانوذرات در بستر انتخاب شد. در این مرحله، غشاهای نانوکامپوزیتی با روش به دام اندازی نانوذرات و در نظر گرفتن سه متغیر نسبت وزنی نانوذره به پلیمر، درصد وزنی و جرم مولکولی PEG ساخته شده، ساختار و عملکرد فیلتراسیون آن‌ها مورد مطالعه قرار گرفت. آنالیزهای رئومتری، SEM، FTIR، XRD، اندازه‌گیری زاویه تماس انجام شد. نتایج نشان داد این سه متغیر بر ساختار و عملکرد غشا تاثیر چشمگیری دارند. از میان غشاهای نانوکامپوزیتی ساخته شده، غشاهای مناسب انتخاب و در یک سیستم بیوراکتور غشایی با حجم 8 لیتر و با امکان استفاده از 4 مدول به صورت هم‌زمان قرار داده شد تا میزان گرفتگی آن‌ها بررسی و با غشای پلیمری خام مقایسه شود. نتایج نشان داد لایه کیک تشکیل شده بر روی سطح غشا، مکانیسم اصلی گرفتگی غشا می‌باشد و در حدود 80% مقاومت کل را تشکیل می‌دهد. نانوذرات نقش مهمی در کاهش گرفتگی غشا در بیوراکتور غشایی دارند، با افزایش میزان نسبت نانوذره به پلیمر تا 03/0، مقاومت‌های فیلتراسیون کل و ناشی از لایه کیک 75% نسبت به غشای پلیمری کاهش یافته و در نتیجه میزان گرفتگی غشا به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.
- Abstract
- The effect of alumina nanoparticles in structure of plysulfone membrane were studied on filtration performance, membrane structure and fouling decline. According to this, the first step of nanocomposite membranes preparation were done with the aim of choosing the best method for adding nanoparticles to polymeric membrane structure. In this stage, nanoparticles were added to membrane structure through the two methods: entrapping nanoparticles in polymer structure and deposition of nanoparticles onto the membrane surface by using photopolymerization. Structure and performance of nanocomposite membranes were studied in order to choose the membrane with minimum fouling and the best separation performance. Results showed 73.91 L/m2hr increase in flux of entrapped nanocomposite membrane in comparison with polymeric membrane. Also entrapping method showed higher flux but less dye rejection in comparison with deposition method. So in second stage, entrapping nanoparticles in polymer structure method was chosen in order to decline membrane fouling. In this stage, nanocomposite membranes were prepared with nanoparticles entrapping method and three parameters: weight ratio of nanoparticles to polymer, polyethylene glycol molecular weight and weight percent. Rheometry, SEM, FTIR, XRD analysis and contact angle measurement were done. Results showed these three parameters have significant impact on membrane structure and performance. The appropriate membrane was chosen among synthesised nanocomposite membranes and was placed in membrane bioreactor which has 8 liters volume and 4 modules. As a result, it was possible to investigate and compare the fouling property with polymeric membrane. Result showed that the main mechanism of fouling was the cake layer formation which contained 80% of total resistance. Nanoparticles played the main role in membrane fouling decline. Total filtration and cake layer resistance decreased 75% in comparison with polymeric membrane when the amount of nanoparticle ratio to polymer increased up to 0.03. As a result, membrane fouling decreased significantly.
