دانشگاه کاشان

پژوهشکده علوم و فناوری نانو

پایان­ نامه­ کارشناسی ­ارشد نانو مهندسی شیمی

عنوان:

ساخت غشا اولترا فیلتراسیون پلی اکریلونیتریل حاوی نانو ذرات  TiO₂ به منظور جداسازی پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی از پساب کارخانه زغالشویی

استاد راهنما:

دکتر احمد اکبری

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:

گفتار اول: مطالعه بر روش های جداسازی پلی‌اکریل‌آمید و آشنایی با فرآیندهای غشایی…….1

1-1معرفی کارخانه زغالشویی…………………………….. 3

1-2 معرفی فرآیند انعقاد و لخته سازی…………………… 4

1-3 معرفی پلی‌اکریل‌آمید…………………………….. 6

1-4 لزوم تصفیه پساب حاوی پلی‌اکریل‌آمید…………………………….. 10

1-5 روش های جداسازی پلی‌اکریل‌آمید…………………………….. 12

1-6 جذب پلیمر با جاذب های سطحی…………………………….. 12

1-7 غشا و فرآیندهای غشایی…………………………….. 13

1-7-1 تاریخچه……………………………. 13

1-7-2 تعریف غشا……………………………. 14

1-7-3 مزایای استفاده از تکنولوژی غشایی…………………………….. 17

1-7-4 انواع غشاها……………………………. 17

1-7-4-1 تقسیم بندی بر اساس جنس غشا……………………………. 18

1-7-4-2 تقسیم بندی بر اساس ساختار غشا……………………………. 18

1-7-4-3 تقسیم بندی غشاها از لحاظ عملکرد……………………………. 20

1-7-5 انواع فرآیندهای جداسازی غشایی…………………………….. 21

1-7-6 مقایسه روش های فیلتراسیون…………………………….. 24

1-7-7 مکانیسمهای جداسازی…………………………….. 26

1-7-8 روشهای عملکرد فرآیندهای غشایی……………………………. 28

1-7-9 انسداد در غشاها……………………………. 29

1-7-10 روش های جلوگیری و یا کمتر کردن گرفتگی غشا…………… 33

1-7-10-1 انتخاب غشا مناسب……………………………… 33

1-7-10-2 پیش تصفیه سیال ورودی به غشا……………………………. 33

1-7-10-3 بهبود شرایط عملیات…………………………….. 34

1-7-10-4 اصلاح سطح غشاهای ساخته شده …………………………….34

1-7-10-4-1 روش فیزیکی…………………………….. 34

1-7-10-4-2 روش شیمیایی…………………………….. 34

1-7-11 تهیه غشاهای اولترافیلتراسیون ترکیبی با استفاده از ذرات معدنی……….35

1-7-11-1 رسوب ذرات معدنی بر روی سطح غشا به صورت مستقیم…………….35

1-7-11-2 قرار گرقتن نانوذرات در ماتریکس غشا……………………36

1-7-12 روش‌های کاهش گرفتگی…………………………….. 36

1-7-13 تمیزسازی (کلینینگ)……………………………. 37

1-7-13-1 تمیزسازی هیدرولیکی…………………………….. 37

1-7-13-2 تمیزسازی مکانیکی…………………………….. 38

1-7-13-3 تمیزسازی الکتریکی…………………………….. 38

1-7-13-4 تمیزسازی شیمیایی…………………………….. 38

1-8 مطالعات صورت گرفته……………………………. 40

گفتار دوم:تجربیات……………………………… 46

2-1 تجهیزات و مواد مورد استفاده……………………………. 47

2-2 فرآیند تهیه غشا …………………………….48

2-2-1 ساخت غشا پلی اکریلونیتریل به روش وارونگی فازی………. 48

2-2-2 ساخت غشای پلی اکریلونیتریل مناسب……………………. 51

2-3 اصلاح سطح غشا با روش عملیات حرارتی و هیدرولیز………… 51

2-4 ترکیب غشا با نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید…………………… 52

2-4-1 خود آرایی نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید بر روی سطح غشا پلی‌اکریلونیتریل…..53

2-4-2 مخلوط کردن نانوذرات تیتانیوم‌دی‌اکسید در محلول پلیمری……….53

2-5 ارزیابی عملکرد غشا……………………………. 54

2-6 شار آب خالص……………………………… 57

2-7 احتباس……………………………… 58

2-8 آستانه شکست و محاسبه اندازه حفرات…………………………….. 59

2-8-1  اندازهگیری غلظت پلیاتیلنگلایکول…………………………….. 61

2-9  بررسی میزان گرفتگی غشا……………………………. 62

2- 10 بررسی مورفولوژی غشا …………………………….63

2-10-1 بررسی مورفولوژی غشای تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)…….64

2-10-2 بررسی آبدوستی غشا با آنالیز زاویه تماس……………… 65

2-7-3 بررسی ساختار شیمیایی غشا……………………………. 66

2-10-4 طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس(EDX)……………… 67

گفتار سوم: بحث و نتیجه گیری…………………………….. 69

مقدمه …………………………….70

3-1 ساخت غشا پلی اکریلو نیتریل…………………………….. 70

3-2 اصلاح شیمیایی غشا……………………………. 73

3-3 اصلاح حرارتی غشاهای پلی اکریلو نیتریل…………………….. 76

3-4 بررسی عملکرد و ساختار غشا اصلاح شده حرارتی…………… 76

3-5  اصلاح غشا با استفاده از نانوذرات…………………………….. 80

3-5-1 اثر خودآرایی نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید بروی سطح غشا…….. 81

3-5-2 اثر مخلوط کردن نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید در محلول پلیمری…….. 83

3-6  مقایسه بین دو روش افزودن نانوذرات…………………………….. 85

3-7  آنالیز میکروسکوپ الکترونی پویشی از سطح غشا……………..86

3-8 آنالیز پراش انرژی پرتو ایکس(EDX)……………………………. 90

3-9  اندازه گیری آستانه شکست……………………………… 93

3-10 بررسی آبدوستی سطح غشا……………………………. 95

3-8 بررسی گرفتگی غشا……………………………. 97

گفتار چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات…………………………….. 101

4-1 نتیجه گیری…………………………….. 102

4- 2 پیشنهادات…………………………….. 104

چکیده:

هدف از انجام این مطالعه، جداسازی پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی از پساب کارخانه زغالشویی پروده طبس با استفاده از فرآیند فیلتراسیون غشای پلیمری می‌باشد. غشا اولیه با استفاده از پلی اکریلونیتریل (PAN) توسط فرآیند وارونگی فاز تهیه گردید و در ادامه با استفاده از عملیات‌ هیدرولیز به‌عنوان اصلاح شیمیایی و عملیات حرارتی به‌عنوان اصلاح فیزیکی برای حداکثر جداسازی پساب آماده گردیدند. همچنین از نانو ذرات TiO₂ به دو روش خودآرایی و مخلوط کردن با محلول پلیمری به منظور افزایش خواص ضد گرفتگی سطح غشا استفاده شده‌ است. به منظور بررسی عملکرد غشا محلول خوراک ppm10 از پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی مطابق با خوراک کارخانه تهیه و در فشار 3 بار و دمای 25 درجه سلسیوس میزان احتباس و شار عبوری اندازه‌گیری گردید. با توجه به آنچه که مطلوب این مطالعه بوده‌است، در کنار احتباس 98% از پلی‌اکریل ‌آمید دست‌یابی به شارهای متفاوتی با توجه به نوع غشا به کار رفته امکان پذیر بوده‌است. میزان شار در غشاهای فاقد نانوذرات در حدود  L/m².hr 4/125 بوده‌است درحالیکه برای غشا ترکیب شده با نانوذرات TiO₂ در روش خودآرایی این مقدار در حدود 45% و برای روش مخلوط کردن در محلول پلیمری 32% بهبود داشته ‌است. آزمایش­های گرفتگی غشاهای ساخته شده نشان می­دهد غشاهای حاوی نانوذرات TiO₂ به نسبت غشاهای معمولی از گرفتگی کمتری برخوردار هستند. آنالیزهای FT-IR گروه­های شیمیایی موجود در سطح غشا قبل و بعد از انجام عملیات هیدرولیز را نشان می‌دهند. تصاویر  SEMسطحی تغییر قابل محسوسی در مورفولوژی سطح غشاها بعد از اصلاح در حضور نانوذرات TiO₂ نشان نمی­دهد در حالیکه آنالیز  EDXحضور نانوذرات TiO₂ را تایید می‌کند. آنالیز زاویه تماس نشان می­دهد که آبدوستی سطح غشا در حضور نانوذرات TiO₂ با روش خودآرایی بیشتر از روش مخلوط کردن افزایش نشان می­دهد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.