عنوان پایان‌نامه
بررسی تاثیر نانولوله های کربنی فراوری شده ی سطحی بر کارایی غشاهای آمیخته مورد استفاده در جداسازی فلزات سنگین از پساب های صنعتی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1412.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62266
- تاریخ دفاع
- ۰۲ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- مهسا سرداری ممقانی
- استاد راهنما
- محمد علی آرون
- چکیده
- در این تحقیق تأثیر افزودن نانو لوله‌های کربنی بر خواص غشاهای پلیمری مورد استفاده در جداسازی یون‌های سریم از محلول آبی توسط فرآیند نانو فیلتراسیون بررسی شد. علاوه بر تأثیر افزودن نانو لوله‌های کربنی، سایر متغیرهای عملیاتی تأثیر‌گذار بر خواص غشا نیز در این تحقیق بررسی شدند. بدین منظور فشار خوراک در محدوده 20-8 بار، دبی خوراک در محدوده 40-10 لیتر بر ساعت و غلظت یون سریم در خوراک در محدوده 70-10 میلی‌گرم بر لیتر متغیر در نظر گرفته شدند. برای تولید غشاهای پلیمری خالص (پلی اتر‌سولفون) و آمیخته (پلی اتر‌سولفون/ نانو لوله‌های کربنی) از روش وارونگی فازی مرطوب استفاده شد. نانو لوله‌های کربنی قبل از افزودن به بستر پلیمری با استفاده از ماده‌ی آمینو‌پروپیل تری‌متوکسی‌سیلان (APTMS) عامل‌دار شدند. برای بررسی خواص نانو لوله‌های کربنی (پیش و پس از عامل دار کردن) از طیف‌سنجی‌های FTIR، RAMAN و آنالیز TGA و جهت مشاهده ساختار و ارزیابی خواص غشاها از SEM و FESEM استفاده شد. غلظت یون سریم در محلول خوراک و فاز تراویده (محلول عبوری از غشا) توسط دستگاه پلاسمای جفت‌شونده القایی (ICP-AES) اندازه‌گیری شد. نتایج آزمایش تراوایی نشان داد با افزایش مقدار نانو لوله‌های کربنی عامل‌دار شده در بستر پلیمری، میزان تراوایی و جداسازی یون سریم از محلول آبی افزایش می‌یابد. همچنین نتایج بررسی سایر پارامترهای عملیاتی نشان داد که اگرچه با افزایش فشار و دبی خوراک درصد زدایش یون سریم و میزان شار عبوری از غشا افزایش می‌یابد اما با افزایش غلظت یون سریم در خوراک، درصد زدایش یون سریم و میزان شار عبوری از غشا کاهش می‌یابد. طبق نتایج آزمایش تراوایی مشخص شد که بیش‌ترین میزان زدایش یون سریم (75/99 درصد) هنگامی اتفاق می‌افتد که فشار خوراک در فشار 20 بار، دبی خوراک برابر 40 لیتر بر ساعت و غلظت یون سریم در خوراک معادل 10 میلی‌گرم بر لیتر ثابت شود. بررسی تأثیر pH محلول نشان داد که میزان زدایش یون سریم و شار عبوری از غشا در pHهای بالاتر از 4 به علت تشکیل کمپلکس Ce-EDTA افزایش می‌یابد، اما در pH برابر 2 به علت عدم تشکیل کمپلکس در محیط اسیدی، میزان زدایش یون سریم از محلول آبی شدیداً کاهش می‌یابد.
- Abstract
- In this study, effect of carbon nanotubes (CNTs) on the properties of polymeric membranes for separation of cerium ions from aqueous solution was investigated. In addition to the CNTs influence, other operational variables affecting the membrane properties were investigated. For this purpose, feed pressure, feed flow rate and concentration of cerium ions in the feed were set in the range of 8-20 bars, 10-40 L/hr and 10-70 mg/L respectively. Neat polymeric and mixed matrix membranes (MMMs), containing carbon nanotubes, were fabricated by wet phase inversion technique. Before addition to polymer solution, CNTs were functionalized by (3-aminopropyl)-trimethoxysilane (APTMS). CNTs (before and after functionalizing) were analyzed using FTIR spectroscopy, RAMAN spectroscopy and TGA and morphological and structural properties of membranes were evaluated by SEM and FESEM experiments. Cerium ion concentration in the feed solution and permeate was measured by inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES). Permeability test results showed that water permeability and cerium ion rejection increase as CNTs content increases in the MMMs. It was also found that although permeability and cerium ion rejection of membranes increase as pressure and feed flow rate increase but they decrease with increasing concentration of cerium ions in the feed. It is necessary to note that the maximum amount of cerium ion rejection (99.75 %) was observed when the feed pressure, feed flow rate and cerium ions concentration in feed solution were set at 20 bar, 40 L/hr and 10 mg/L respectively. Considering pH effect, it was found that cerium rejection and water permeation flux of membranes increase when feed solution pH is set higher than 4, most likely due to complex formation of Ce-EDTA, but they decrease drastically at pH near 2.
