عنوان پایان‌نامه
سنتز غشای آب گریز هالو فایبر جهت روش تقطیر غشایی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1513.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65663
- تاریخ دفاع
- ۰۹ آذر ۱۳۹۳
- دانشجو
- توحید وزیرنژاد
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان
- چکیده
- در این تحقیق، غشاهای الیاف نازک توخالی به روش وارونگی فاز و فرآیند ریسندگی خشک و تر تولید شدند. الیاف تولیدی از جنس پلیمر آبگریز پلی‌وینیلیدن فلوراید بوده و عملکرد آنها در فرآیند نمک‌زدایی به کمک تقطیر غشایی مورد بررسی قرار گرفت. تقطیر غشایی فرآیندی است که عموماً برای کاربردهایی همچون گندزدایی و نمک‌زدایی از آب و جداسازی ایزوتوپهای پایدار آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. عملکرد غشاها در تقطیر غشایی، توسط دو عامل عمده میزان انتخاب‌پذیری و شار محصول تولیدی سنجیده می‌گردند. در ابتدا به منظور بهبود میزان شار محصول تولیدی الیاف، ماده افزودنی مناسب به محلول پلیمری از بین نمک‌های کلریدی مختلف (شامل سدیم کلرید، پتاسیم کلرید، کلسیم کلرید و باریم کلرید) انتخاب گردید. پس از انتخاب نوع نمک افزودنی مناسب (باریم کلرید)، از طراحی آزمایش به روش باکس-بنکن به منظور یافتن مقادیر بهینه مربوط به سه متغیر درصد وزنی پلیمر و نمک و میزان فاصله تماس الیاف با هوا استفاده گردید. معیار انتخاب نوع نمک و مقادیر بهینه متغیرهای ورودی، بهینه‌سازی سه مشخصه میزان آبگریزی سطح و متوسط سایز منافذ روی سطح خارجی (به منظور رسیدن به درصد جداسازی مناسب) و درصد تخلخل کلی الیاف (برای بهبود شار محصول تولیدی) بوده است. در نهایت شرایط بهینه تولید الیاف به صورت، %22 وزنی پلیمر، %9/2 وزنی نمک باریم کلرید و 5/34 سانتیمتر فاصله تماس الیاف با هوا پیش‌بینی گردید. با انجام آزمایش تجربی در این شرایط مقادیر متوسط سایز منافذ روی سطح خارجی، درصد تخلخل کلی و مقدار زاویه تماس سطحی به ترتیب 22/0 میکرومتر، 7/86 درصد و 113 درجه حاصل شدند. در مرحله بعد، از الیاف تولیدی تحت شرایط بهینه، دو مدول تقطیر غشایی با مکانیزم‌های تماس مستقیم و دارای فاصله هوایی ساخته شدند. این دو مدول تحت آزمایش نمک‌زدایی در دماهای مختلف خوراک (60، 70 و 80 درجه سانتی‌گراد) و غلظت‌های مختلف نمک در آب (5/0، 1 و 2 مولار) مورد مقایسه قرار گرفتند. پس از انجام این آزمایش‌ها مشخص شد که بهترین عملکرد الیاف (حداکثر میزان درصد جداسازی و شار محصول تولیدی) در هر دو مکانیزم، در دمای 80 درجه خوراک و غلظت 5/0 مولار نمک حاصل می‌گردد. در پایان برای اثبات تأثیر مثبت استفاده از افزودنی نمک در عملکرد الیاف، نمونه‌ای از الیاف در شرایط تولید الیاف بهینه اما بدون حضور افزودنی نمک (%22 وزنی پلیمر و %78 وزنی حلال) تولید شدند. این نمونه نیز تحت شرایط بهینه جداسازی نمک به کمک تقطیر غشایی، با هر دو مکانیزم مورد آزمایش قرار گرفت. مشاهده شد که در هر دو نوع الیاف، درصد جداسازی بیش از 9/99 درصد بوده ولی شار محصول تولیدی توسط الیاف بهینه (دارای افزودنی نمک) در دو روش تماس مستقیم و دارای فاصله هوایی به ترتیب برابر 101/20 و 750/13 (کیلوگرم بر مترمربع بر ساعت) بود، در حالی‌که در الیاف بدون افزودنی نمک این مقادیر به ترتیب به 367/13 و 212/10 کاهش یافتند. علت این بهبود شار تولیدی افزایش مقدار درصد تخلخل کلی در الیاف دارای نمک افزودنی بوده است.
- Abstract
- Polyvinylidene fluoride (PVDF) hollow fiber membranes were prepared by the dry/wet-jet spinning phase inversion technique. Firstly, optimum salt additive between several non-solvent salts (NaCl, KCl, CaCl2 and BaCl2) was determined while other spinning parameters were maintained constant. After on Box-Behnken design were applied for fibers under different polymer concentration, salt concentration and air gap length to optimize surface contact angle, overall porosity and mean outer surface pore size. The prepared membranes were characterized through SEM observation and contact angle test. An optimal hollow fiber membrane was finally fabricated using the determined optimum spinning conditions: polymer concentration of %22 w/w, BaCl2 concentration of %2.9 w/w and air gap of 34.5 cm. The fiber prepared at these conditions has 0.22 µm of mean outer surface pore size, %86.7 of overall porosity and 113? of surface contact angle. This fiber was tested for desalination by direct contact and air gap membrane distillation (DCMD and AGMD). MD process is mainly investigates for desalination, waste water treatment, separation of stable water isotopes and other applications which water is the major component present in the feed solution to be separates. The permeate flux of this fiber at different concentrations (0.5, 1 and 2 (molNaCl/lit)) and temperatures (60, 70 and 80 ?C) of feed was tested for comparison. At optimal MD condition (feed concentration of 0.5 mol/lit and temperature of 80 0C), optimum sample and fiber at same spinning condition but without salt additive (%22 w/w of polymer and %78 w/w of DMAC) were compared. Permeation flux was improved from 13.750 kg/m2. hr to 20.101 and from 10.21 to 13.367 with salt rejection of %99.9 for DCMD and AGMD respectively. These results show that using of appropriate salt additive in polymer solution improves the overall porosity and permeability in MD processes.
