عنوان پایان‌نامه
بررسی حذف بور از آب راکتور با استفاده از غشاهای آمیخته حاوی هیبرید نانو لوله های کربنی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K30;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73562;کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K30;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73562
- تاریخ دفاع
- ۰۷ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- رضا خاکپورنصراله آبادی
- استاد راهنما
- محمد علی آرون
- چکیده
- هدف از انجام این پژوهش بررسی قابلیت جداسازی غشاهای نانوفیلتراسیون پلیمری (پلی‌اترسولفون) حاوی نانولوله‌های کربنی چند دیواره عامل‌دار شده، نانوذرات تیتانیوم‌دی‌اکسید و نانولوله‌های کربنی چند دیواره هیبرید شده با تیتانیوم‌دی‌اکسید آمورف برای حذف بور از پسماندهای آبی است. در این تحقیق ابتدا نانولوله‌های کربنی با اسید نیتریک به عنوان عامل اکسنده عامل‌دار شدند و در ادامه هیبرید نانولوله‌های کربنی عامل‌دار شده/ تیتانیوم‌دی‌اکسید به روش سل - ژل سنتز شد . نانوذرات سنتز شده با استفاده از تکنیک‌هایی نظیر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR)، ترموگراویمتری (TG)، پراش اشعه ایکس (XRD) و ایزوترم‌های جذب - واجذب نیتروژن مشخصه‌یابی شد. ریزنگارهای هیبرید سنتز شده نشان می‌دهد که نانولوله‌های کربنی اکسید شده به صورت همگن با نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم پوشش داده شده‌اند. طیف IR نیز تشکیل هیبرید را تصدیق می‌نماید. پراش اشعه ایکس برای نمونه تیتانیوم‌دی‌اکسید و هیبرید نشان می‌دهد که این نانوذرات تهیه شده دارای ساختاری آمورف هستند. هیبرید سنتز شده طبق آنالیز جذب و واجذب نیتروژن نشان‌دهنده‌ی دسته‌بندی این ترکیب در زمره مواد مزوپور می‌باشد. همچنین با استفاده از تکنیک پایداری حرارتی تا دمای 450 درجه سانتی‌گراد برای هیبرید، قابلیت بکارگیری این ترکیب در دماهای بالا را نشان می‌دهد. برای تهیه نمونه‌های غشایی از پلی‌اترسولفون به عنوان پلیمر، ان متیل پیرولیدون به عنوان حلال و پلی‌وینیل‌پیرولیدون به عنوان پلیمر آب‌دوست جهت افزایش آبدوستی غشا استفاده شد. ساخت غشاهای خالص و آمیخته با استفاده از روش وارونگی فازی انجام شد. ویژگی غشاهای ساخته شده با استفاده از آنالیز FESEM، زاویه تماس و تست تراوایی مورد بررسی قرار گرفت. جهت تعیین محدوده نانوفیلتراسیون از آزمایش تراوایی گاز نیتروژن استفاده شد. در ادامه تاثیر عوامل مختلف نظیر غلظت پلیمر، ضخامت غشا، pH خوراک، درصد مختلف PVP، فشار عملیاتی، زمان، غلظت بور، درصدهای وزنی مختلف از نانوذرات بر میزان حذف بور و میزان شار عبوری از غشا مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان می‌دهد غشای 20 درصد با ضخامت 110 میکرومتر، حاوی 25/0 درصد PVP، با 12pH= محلول خوراک، در فشار 12 بار، غلظت ppm20 اسیدبوریک و 1/0 درصد نانوذرات هیبریدی غشا با میزان تراوایی حدود 13 لیتر بر مترمربع بر ساعت و میزان زدایش نزدیک 91 درصد بهترین عملکرد را در بین سایر نانوذرات ایجاد کرده است.
- Abstract
- In this study, effect of functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), titanium dioxide (TiO_2) and MWCNTs coated by amorphous TiO_2 nanoparticles, on performance of polymeric (polyethersulfone) nanofiltration membranes in separation of boron from wastewaters was investigated. For this purpose, MWCNTs were purified by nitric acid and then MWCNTs/TiO2 hybrid were prepared using a sol-gel method. The synthesized nanoparticles were characterized by FTIR, TEM, TGA, XRD and BET tests. FTIR spectrums of MWCNTs/TiO2 confirmed the formation of hybrid. XRD patterns indicated amorphous structure of titanium dioxide and its hybrid. The membrane samples (neat and mixed matrix) were fabricated by wet phase inversion method. The fabricated membranes were also characterized by FESEM, permeation test and contact angle experiments. In addition to nanoparticles, effect polymer concentration, membrane thickness, feed pH, PVP (as hydrophilic agent), pressure, time, boron concentration, and nanoparticles content on separation properties of PES membranes were studied. permeation test results showed that the best separation performance is achieved when polymer concentration, membrane thickness, feed pH, PVP content, pressure, time, boron concentration and hybrid content are set at 20%, 110 ?m, 12, 0.25 wt.%, 12 bar, 30 min, 20 ppm and 0.1 wt.% respectively. Under these conditions membrane flux and boron rejection percentage were 13 L/m2.h and 91% respectively. Key Words: Nanofiltration, Mixed Matrix Membrane, Functionalized MWCNTs, TiO_2/MWCNTs hybrid), Boron separation
