عنوان پایان‌نامه
سنتز غشاهای الیاف میان تهی دو لایه جهت استفاده در تقطیر غشایی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K57;کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K57;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77326;کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K57;کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K57;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77326
- تاریخ دفاع
- ۱۵ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- مهدی بهرامی
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان
- چکیده
- چکیده در این تحقیق غشای الیاف میان تهی دولایه از جنس پلی وینیلیدن فلئوراید (PVDF) با استفاده از روش جدایش فازی ساخته و در تقطیر غشایی تماس مستقیم مورد استفاده قرار گرفته شد. پارامترهای زیادی در سنتز این نوع از الیاف مورد بررسی قرار گرفتند. در مرحله ی اول، 15 آزمایش توسط نرم افزار طراحی آزمایش ارائه شد و تأثیر سه پارامتر درصد وزنی پلیمر در لایه ی داخلی و خارجی و همچنین نرخ جریان تزریق سیال های پلیمری به همراه پاسخ های تخلخل، زاویه ی تماس، ضخامت کلی و ضخامت لایه ی خارجی الیاف مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت و سپس نقطه ای بهینه از این پارامترها در محدوده ی مناسبی از پاسخ ها بدست آمد. در مرحله ی دوم از آزمایش، ساختار بیرونی و درونی الیاف با افزودن درصدهای مختلفی از حلال در سیال منعقدکننده ی داخلی و متانول در سیال منعقدکننده ی خارجی بررسی شدند و مقادیر استاندارد آن ها جهت سنتز الیاف انتخاب شدند. همچنین از غیر حلال اتیلن گلایکول در لایه ی داخلی جهت بهبود تخلخل و ساختار لایه ی داخلی استفاده شد. در مرحله ی بعدی، تأثیر استفاده از دو ماده ی افزودنی شامل پلی تترافلئورواتیلن (PTFE) و نمک لیتیم کلراید در درصدهای مختلف و به طور جداگانه روی ویژگی های لایه ی خارجی الیاف بررسی شد. در نهایت غشای نهایی با در نظر گرفتن تمامی متغیرهای بهینه ی بدست آمده در مراحل قبلی و همچنین استفاده ی همزمان از مواد افزودنی پلیمری، نمک و غیر حلال در لایه ی خارجی، ساخته شد. بر اساس نتایج حاصل از آنالیزهای مختلف، این غشاء دارای ویژگی های بسیار مناسبی در تقطیر غشایی و دارای ساختاری کاملا انگشتی در لایه ی داخلی و ساختاری اسفنجی در لایه ی خارجی همراه با اتصال و یکپارچگی کامل لایه ها بود. از این غشاء جهت نمک زدایی آب در سه دمای 60، 70 و 80 درجه ی سانتی گراد خوراک در فرآیند تقطیر غشایی مستقیم استفاده شد و بیشترین شار بدست آمده در دمای 80 درجه ی سانتی گراد خوراک و 20 درجه ی سانتی گراد جریان سرد خالص و همچنین سرعت 6/0 و 4/0 متر بر ثانیه جریان خوراک و محصول سرد ، 5/34 (کیلوگرم بر متر مربع بر ساعت) بود. علاوه بر آن، این غشاء جهت فرآیند طولانی مدت 5 روزه از روش تقطیر غشایی تماس مستقیم جهت خالص سازی آب نمک مورد آزمایش قرار گرفت که افت بسیار کمی در میزان شار و درصد جداسازی بالای %9/99 در طول آزمایش داشت که نشان از کیفیت و بازدهی مناسب آن در فرآیند تقطیر غشایی می باشد. واژگان کلیدی: تقطیر غشایی تماس مستقیم، الیاف میان¬تهی دولایه، روش جدایش فازی، بررسی شرایط سنتز، نمک¬زدایی آب
- Abstract
- In this study, dual layer PVDF hollow fiber membranes were fabricated through the phase inversion process for direct contact membrane distillation (DCMD). The effect of some variables were investigated during the spinning process. In the first step, 15 experiments were designed by experimental design software and using of response surface method to investigate the effect of three variables in terms of outer and inner layer polymer concentration and dopes flow rate along with some responses such as porosity, contact angle, overall and outer layer fiber thickness and then an optimal point was obtained for these variables with sufficient range of the responses. In next step the effect of different coagulants type was studied on membrane morphology by addition of solvent (NMP) and methanol into the bore fluid and external coagulation bath to modify the inner and outer layer surface structure, respectively. Ethylene glycol (EG) was also used as a non-solvent in the inner layer dope solution. In the third step, polymer (PTFE) and salt (LiCl) materials was separately used as additive in the outer layer to improve the properties of hollow fiber. Finally, the last dual layer hollow fiber membrane (named FR) was fabricated in the optimal resulted of each step and by incorporating both additives in outer layer and non-solvent in both layers. The membranes were conducted for desalination by DCMD tests at different temperatures (60, 70 and 80 °C) of feed solution consisting of 3.5 wt% NaCl in pure water. The maximum permeation flux was 34.5 kg/m2.hr which attained at 80 °C of feed temperature and 20 °C of permeate temperature and 0.6 and 0.4 m/s of feed and permeate flow velocity, respectively. FR membrane was also applied for the long-term DCMD process upto 5 days. It was observed that the permeation has not significant reduction and the salt rejection was more than 99.9% during the test and showed that the resultant membrane in current work has suitable properties and good performance in MD applications. Keywords: Membrane distillation, dual-layer hollow fiber membrane, phase inversion, spinning conditions, membrane morphology, desalination
