عنوان پایان‌نامه
ارزیابی عملکرد غشاهای آمیخته در جداسازی نیکل از آب راکتور
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K31;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73563;کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K31;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73563
- تاریخ دفاع
- ۰۷ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- هومن علی پور
- استاد راهنما
- محمد علی آرون
- چکیده
- هدف از انجام این پژوهش بررسی قابلیت جداسازی غشاهای نانوفیلتراسیون پلیمری (پلی اترسولفون) حاوی نانولوله های کربنی چند دیواره تصفیه شده، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم و نانولوله های کربنی چند دیواره هیبرید شده با دی اکسید تیتانیوم آمورف برای حذف نیکل از پسماندهای آبی است. در این تحقیق ابتدا نانولوله های کربنی با اسید نیتریک به عنوان عامل اکسنده تصفیه شدند و در ادامه هیبرید نانولوله های کربنی تصفیه شده - دی اکسید تیتانیوم به روش سل - ژل سنتز شد. نانوذرات سنتز شده با استفاده از تکنیک هایی نظیر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و تبدیل فوریه مادون قرمز(FT-IR) مشخصه یابی شد. ریزنگارهای هیبرید سنتز شده نشان می دهد که نانولوله های کربنی تصفیه شده به صورت همگن با نانوذرات دی اکسید تیتانیوم پوشش داده شده و اندازه ذرات دی اکسید تیتانیوم متصل به سطح نانولوله ها کمتر از 10 نانومتر می باشد. طیف IR نیز تشکیل هیبرید را تصدیق می نماید. برای تهیه نمونه های غشایی از پلی اترسولفون به عنوان پلیمر، ان متیل پیرولیدون به عنوان حلال و پلی وینیل پیرولیدون به عنوان پلیمر آب دوست جهت افزایش آب دوستی 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. در ادامه تاثیر عوامل مختلف نظیر غلظت پلیمر، ضخامت غشا، درصد مختلف PVP، شرایط عملیاتی شامل فشار، pH، زمان و غلظت اولیه نیکل خوراک بر میزان حذف نیکل و میزان شار عبوری از غشا مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان می دهد غشای 20 درصد با ضخامت 110 میکرومتر، حاوی 0/25 درصد PVP، با 6=pH محلول خوراک، در فشار 12 بار، زمان 30 دقیقه و غلظت 5 میلی گرم بر لیتر نیکل در خوراک بهترین عملکرد را دارد. با بهینه کردن موارد فوق، اثر CNT، TiO2 و هیبرید CNT-TiO2 با درصد های وزنی مختلف 0/05، 0/1، 0/2، 0/5 و 0/7 بر میزان حذف نیکل و میزان شار عبوری از غشا مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که مقدار 0/5 درصد هیبرید نانولوله های کربنی چند دیواره تصفیه شده-دی اکسید تیتانیوم با تراوایی حدود 16 لیتر بر متر مربع بر ساعت و میزان زدایش نزدیک 95 درصد بهترین عملکرد را دارد.
- Abstract
- In this research, effect of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) doped by titanium dioxide (TiO2) nanoparticles, polyvinylpyrrolidone (PVP) and operating parameters (feed pressure, feed solution pH, time and nickel concentration) on performance of nanofiltrarion polyethersulfone (PES) membranes was studied classically. MWCNTs/TiO2 hybrid nanoparticles were synthesized by sol-gel method and characterized by TEM,FTIR,FESEM,ICP,gas permeation and Contact angle tests. Mixed matrix membranes (MMMs), containing MWCNTs, TiO2 and MWCNTs/TiO2 hybrid nanoparticles as dispersed phases and polyethersolfone (PES) as continuous matrix phase, were fabricated by phase inversion (immersion precipitation) technique and characterized by liquid permeation test using nickel containing aqueous solution as test wastewater solution, FESEM, TEM,FTIR, and contact angle experiments. Permeation test results showed that permeation flux and nickel rejection percent of membrane containing 20 wt. % polyethersulfone and 0.25 wt. % PVP are 12.05 (L/m2.h) and 82 respectively and it has the best performance in nickel separation among the other neat membranes. Hence, this membrane was selected for further investigations on aforementioned parameters. Nanofiltration permeation test results showed again that the best separation performance of the neat membranes, is achieved when feed pressure, pH, time and nickel concentration were fixed at 12 bar, 6, 30 min and 5 ppm respectively. Fixing operating parameters, effect of nanoparticles was investigated on separation properties of PES membranes. It was found that TiO2 nanoparticles can increase permeation flux while MWCNTs improves nickel rejection percent. It was also found that MWCNTs/TiO2 hybrid nanoparticles can increase permeation flux and also improves nickel rejection percent in low amount of the hybrid.
