دانشگاه آزاد اسلامی

واحد شاهرود

دانشکده فنی و مهندسی – گروه مهندسی شیمی

پایان نامه کارشناسی ارشد (M.Sc.)

گرایش: طراحی فرآیند

عنوان:

ساخت و ارزیابی غشای نانو کامپوزیتی پلی سولفون – نانو ذرات معدنی

استاد راهنما:

دکترمرتضی اصغری

استاد مشاور:

دکتر مریم شاطریان

زمستان 93

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                         صفحه

چکیده ……………………………………………………………………………………………………..  1

مقدمه………………………………………………………………………………………………………..2

بخش اول مطالعات کتابخانه ای……………………………………………………………………………3

1-1-اهداف تحقیق………………………………………………………………………………………….4

1-2-فرضیه ها……………………………………………………………………………………………..4

1-3-غشا……………………………………………………………………………………………………4

1-4-تقسیم بندی غشا……………………………………………………………………………………….5

1-4-1-تقسیم بندی بر اساس مکانیسم حاکم بر جداسازی………………………………………………..5

1-4-2-تقسیم بندی بر اساس جنس غشا…………………………………………………………………..5

1-4-2-1-غشاهای پلیمری………………………………………………………………………………..6

1-4-2-2-غشاهای مایع……………………………………………………………………………………6

1-4-2-3-غشاهای سرامیکی……………………………………………………………………………..6

1-4-2-4-غشاهای فلزی…………………………………………………………………………………..7

1-4-3-تقسیم بندی بر اساس شکل هندسی غشا…………………………………………………………..9

1-4-4-تقسیم بندی بر اساس ساختار غشا………………………………………………………………..9

1-5-ویژگی های غشاها………………………………………………………………………………….10

1-6-کاربردهای غشا…………………………………………………………………………………….10

1-7-فرآیندهای غشایی…………………………………………………………………………………..11

1-7-1-اسمز معکوس……………………………………………………………………………………11

1-7-2-نانوفیلتراسیون……………………………………………………………………………………11

1-7-3-اولترافیلتراسیون…………………………………………………………………………………12

1-7-4-میکروفیلتراسیون………………………………………………………………………………..14

1-8-کامپوزیت……………………………………………………………………………………………14

1-8-1-کامپوزیت چیست؟……………………………………………………………………………….14

1-8-2-از کاهگل تا کامپوزیت های پیشرفته…………………………………………………………..15

1-6-3-کاربردهای دیگر کامپوزیت ها…………………………………………………………………16

1-8-4- ساخت کامپوزیت……………………………………………………………………………….17

1-8-5-روش های ساخت نانوکامپوزیت……………………………………………………………….18

1-9-کاربرد تکنولوژی غشا…………………………………………………………………………….19

1-10-محورهای اصلی کاربرد غشاها…………………………………………………………………19

1-10-1صنعت آب و فاضلاب………………………………………………………………………….19

1-10-2-صنایع غذایی…………………………………………………………………………………..20

1-10-3-صنایع دارویی و پزشکی……………………………………………………………………..20

1-10-4-تصفیه هوا و خالص سازی گازها……………………………………………………………20

1-10-5-کاربردهای دیگر………………………………………………………………………………21

1-11-غشاهای بستر آمیخته……………………………………………………………………………..21

1-12-انواع غشاها……………………………………………………………………………………….22

1-13-مدل حلالیت نفوذ………………………………………………………………………………….22

1-14-تجهیزات لازم بررسی ساختار عملکرد غشاها…………………………………………………25

1-15-تاریخچه گسترش غشا…………………………………………………………………………….25

1-16-تاریخچه غشاهای بستر آمیخته…………………………………………………………………..26

بخش دوم: مواد، تجهیزات و کارهای تجربی…………………………………………………………..28

2-1-انتخاب مناسب فاز پلیمری…………………………………………………………………………29

2-1-1-غشای پلیمر پلی سولفون………………………………………………………………………..29

2-1-2-دلایل انتخاب نانوکلی و نانوسیلیکا و پلیمر…………………………………………………….31

2-2-کارهای تجربی……………………………………………………………………………………..33

2-2-1-مواد و تجهیزات…………………………………………………………………………………33

2-2-2-ساخت غشا……………………………………………………………………………………….33

2-2-2-1-ساخت فیلم غشای پلیمری اولترافیلتراسیون PSf…………………………………………..33

2-2-2-2-ساخت غشاهای نانوکامپوزیتی………………………………………………………………34

2-2-3-شار آب خالص…………………………………………………………………………………..35

2-2-3-1-مدول غشایی………………………………………………………………………………….35

2-2-3-2-آزمون تراوش…………………………………………………………………………………35

2-2-3-3-نحوه انجام آزمایش ها………………………………………………………………………..35

2-2-3-4-محاسبه میزان آب خالص عبوری غشا……………………………………………………..36

2-3-روش های ارزیابی ساختاری……………………………………………………………………..36

بخش سوم: نتایج و بحث…………………………………………………………………………………37

3-1-ارزیابی ساختاری………………………………………………………………………………….38

3-1-1-طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) ……………………………………………..38

3-1-2-آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM)………………………………………….39

3-1-3-میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) …………………………………………………………..42

3-2-نتایج آزمایش های جداسازی مایعات……………………………………………………………..45

3-2-1-آزمون تراوایی………………………………………………………………………………….45

بخش چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات…………………………………………………………………51

4-1-نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………52

4-2-پیشنهادات…………………………………………………………………………………………..54

مراجع…………………………………………………………………………………………………….55

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                         صفحه

شکل 1-1-نمونه هایی از غشاهای سرامیکی…………………………………………………………….7

شکل 1-2-غشای فلزی…………………………………………………………………………………….8

شکل 1-3-نمونه ای از غشای مارپیچی…………………………………………………………………..9

شکل 1-4-فرآیند جداسازی نانوفیلتراسیون……………………………………………………………..12

شکل 1-5- فرآیند جداسازی اولترافیلتراسیون………………………………………………………….13

شکل 1-6-فرآیند جداسازی میکروفیلتراسیون………………………………………………………….14

شکل 1-7-تقسیم بندی مواد………………………………………………………………………………15

شکل 1-8-فاز پیوسته و پراکنده در ساختار غشاهای بستر آمیخته……………………………………24

شکل 1-9- ساختار شیمیایی پلی سولفون……………………………………………………………….27

شکل 2-1- آون مورد استفاده به­منظور ساخت و خشک کردن غشا…………………………………..34

شکل 2-2- حمام آب و سیستم بازگشتی در ساخت غشا………………………………………………..34

شکل2-3- حمام اولتراسونیک مورد استفاده برای پخش کردن یکنواخت ذرات……………………..34

شکل2-4- مدول غشایی استفاده شده جهت اندازه­گیری میزان تراوایی……………………………….35

شکل3-1- طیف FTIR پلی سولفون خالص…………………………………………………………..38

شکل3-2- طیف FTIR نانوسیلیکا………………………………………………………………………38

شکل3-3- طیف FTIR نانوکلی………………………………………………………………………..39

شکل3-4- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با 5/0% وزنی نانوکلی………………….40

شکل 3-5- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با 1% وزنی نانوکلی…………………..40

شکل 3-6- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با 2% وزنی نانوکلی……………………41

شکل 3-7- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با 5% وزنی نانو سیلیکا………………..41

شکل 3-8- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با10% وزنی نانو سیلیکا………………41

شکل 3-9- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با15% وزنی نانو سیلیکا……………….42

شکل 3-10- تصویر FESEM از پلی سولفون خالص……………………………………………….42

شکل 3-11- ریخت شناسی سطح غشای پلی سولفون خالص توسط AFM ………………………..43

شکل 3-12- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 5/0% وزنی نانوکلی توسط AFM…….43

شکل 3-13- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 1% وزنی نانوکلی توسط AFM..43

شکل 3-14- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 2% وزنی نانوکلی توسط AFM…44

شکل3-15- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 5% وزنی نانو سیلیکا توسط AFM…………44

شکل 3-16- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 10% وزنی نانوسیلیکا توسط AFM…….44

شکل 3-17- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 15% وزنی نانوسیلیکا توسط AFM…..…45

جدول3-1-اثر حضور نانو کلی و نانو سیلیکا بر تراوایی آب خالص در غشای نانو کامپوزیتی پلی سولفون … 46

شکل 3-18- نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-نانوسیلیکا با 5% وزنی……….46

شکل 3-19-نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-نانوسیلیکا با 10% وزنی…….47

شکل3-20- نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-نانوسیلیکا با 15% وزنی…….47

شکل3-21- نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-خاک رس با 5/0%وزنی……..48

شکل3-22- نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-خاک رس با 1% وزنی……….48

شکل 3-23- نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-خاک رس با 2% وزنی…….49

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.