عنوان پایان‌نامه
تهیه و مشخصه یابی غشاهای نانوساختنار آب گریز بر پایه پلی وینیلیدین فلوراید(PVDF) و کاربرد آنها در تقطیر غشایی آب برای تغلیظ ایزوتوپومری اکسیژن
- رشته تحصیلی
- نانوفناوری- مهندسی شیمی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1795.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77657;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1795.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77657
- تاریخ دفاع
- ۳۱ مرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- رسول مرادی
- استاد راهنما
- مجتبی شریعتی نیاسر
- چکیده
- هدف از این تحقیق سنتز و اصلاح غشای پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) و اجرای فرایند تقطیرغشایی در مقیاس آزمایشگاهی با استفاده از غشاهای سنتزی نانوساختار می باشد. افزایش خواص مکانیکی، آب گریزی و تخلخل در سنتز غشاهای مورد نیاز به منظور بهبود کارایی تقطیر غشایی مدنظر می-باشد. پلیمر مبنا برای تولید غشاهای مورد نیاز پلی وینیلیدین دی فلوراید می باشد. در بخش اول این پژوهش، کارایی غشا سنتز شده در مقایسه با غشا تجاری متداول در جداسازی ایزوتوپ های اکسیژن آب بررسی می گردد. نتایج حاصل نشان می دهد که نه تنها امکان تغلیظ ایزوتوپومری آب با استفاده از غشاهای نانوالیاف PVDF وجود دارد، بلکه عملکرد غشا سنتزی و برخی خصوصیات ساختاری و عملیاتی آن نسبت به غشاهای PTFEمی باشد. ضریب جداسازی برای غشا سنتزی نانوالیاف 1/048 و برای غشا تجاری 1/037 به دست آمد. نتایج محاسبات تئوری زنجیره بیانگر امکان تغلیظ تا 90% در 150 مرحله جداسازی AGMD می باشد. این در صورتی است که از غشا نانوالیاف سنتز شده استفاده شود. چنانچه از غشا تجاری استفاده شود در 150 مرحله جداسازی، دسترسی به غلظت ایزوتوپومری 85% برای اکسیژن-18 پیش بینی می گردد. آزمایش های تقطیر غشایی چندمرحله ای نشان داد که برای یک زنجیره از 10 مرحله جداسازی امکان افزایش 1/4 برابری در غنای اولیه اکسیژن-18 (0/202%) وجود دارد. مقایسه با نتایج تئوری نشان می دهد که تطابق ببین نتایج محاسبات زنجیره و داده های آزمایشگاهی وجود دارد. محاسبات تئوری نشان می دهد که محصول خروجی زنجیره ساخته شده دارای غلظت ایزوتوپومری اکسیژن-18، 0/302% می باشد که تقریبا در تطابق خوبی با نتیجه تجربی به دست آمده (0/287%)، می باشد. با توجه به اهمیت تغلیظ ایزوتوپی در غلظت های پایین دستیابی به این مقدار غنی سازی نیز ارزشمند می باشد. از آزمایش های تغلیظ ایزوتوپومری نتیجه می شود که افزایش آب گریزی غشا PVDF می تواند در افزایش کارایی تقطیرغشایی آن موثر باشد. از این رو در بخش دوم و سوم این پژوهش، اصلاح خواص سطحی غشا با استفاده از افزودنی های نانومواد بررسی گردید. در این راستا اثر افزایش گرافن، فولرن و نانوصفحات بورنیتریدی بر خواص آب گریزیPVDF و عملکرد آن در فرایند تقطیر غشایی ارزیابی شده است. نتایج این بخش نشان داد که استفاده از نانوصفحات گرافن به عنوان افزودنی در غشا PVDF آب گریزی آن را در مقدار زاویه تماس آب به حدود 160 افزایش می دهد.
- Abstract
- This research aims to synthesis and improvement of polyvinylideneflouride (PVDF) nanostructured membranes and their laboratory applications in membrane distillation (MD). The enhancements of the mechanical strength and hydrophobic property of the synthetic membrane have performed in order to improve their performance in membrane distillation experiments. PVDF have been used as the principal polymer in preparation of the membranes. The first and main section of this work was about the preparation of nanofibrous PVDF membrane and its examination in MD process for concentration of oxygen-18 isotopomers in natural water in comparison with PTFE commercial membrane. The results indicate that nanofibrouse PVDF membrane not only could be used in enrichment of water isotopomers but also it performs better than commercial one in the case of some operational and structural features. The isotopomeric separation factor in MD experiments measured to be 1.048 and 1.037, respectively for nanofibrouse PVDF and commercial PTFE membranes. Theoretical calculations of cascade parameters of MD cells with employment of PVDF membrane show that achievement to the higher concentration of oxygen-18 up to 90% is possible by using 150 separation stages. While in the case of PTFE membrane the same calculations result in 85% of oxygen-18 concentration in natural water. From multistage MD experiments the 1.4 fold increasing in primitive concentration of oxygen-18 was obtained when we used 10 stages cascade. The cascade theoretical calculations predict close to cascade experimental results. Whereas the predicted concentration of 0.302% for oxygen -18 is in good agreement with the value obtained from cascade experiments (0.287%). Considering the importance of isotopomeric enrichment in low levels, achievement to this concentration of oxygen-18 is valuable. Moreover, this section’s MD experiments indicate that hydrophobicity and mechanical strength of the synthetic PVDF membrane influence on the MD process efficiency. Therefore in the next parts of this study the improvement of the PVDF membrane properties was taken in consideration by using some procedures such as nanocompositing and surface modification. For this purpose the effects of graphene, fullerene and boron nitride additives on improvement of PVDF membrane hydrophobicity and MD performance was investigated. The results of these parts of study show that the employment of graphene nano platelets in preparation of nanocomposit-nanofibrous PVDF membrane significantly enhances its hydrophobicity up to 160? (as the value of water droplet contact angle) and improves mechanical strength. Keywords: Nanofibrous membrane, Membrane distillation, Oxygen-18, Membrane modification, Graphene
