شماره ركورد
23716
شماره راهنما
CHE3 242
عنوان
نمك¬زدايي از محلول¬ها بوسيله غشاهاي در هم نفوذ يافته بر پايه پلي وينيل الكل و نانوكامپوزيت¬هاي آنها به روش تراوش تبخيري و اسمز معكوس
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
شيمي - تجزيه
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
29/3/1403
صفحه شمار
85 ص.
استاد راهنما
اكبر ملك پور
استاد مشاور
غلامعلي كوهمره
كليدواژه فارسي
نمك زدايي , غشا , تراوش تبخيري , اسمز معكوس , شبكه در هم تنيده پليمري , غشا كامپوزيتي
چكيده فارسي
با رشد سريع جمعيت جهان و شهرنشيني، كمبود آب يكي از مهمترين چالشهاي جامعه معاصرشده است. نمك زدايي از منابع آب شور به روش اسمز معكوس و تراوش تبخيري مي تواند دسترسي به منابع آب سالم را افزايش دهد. از بين غشاهايي كه در نمك زدايي مي شود، غشاهاي شبكه پليمري در هم تنيده به دليل خواص مكانيكي مناسبي كه دارد گزينه ي مناسبي است.از اين رو، غشاهاي شبكه پليمري در هم تنيده و ساختار اصلاح شده و كامپوزيتي آن با زئوليت NaA با استفاده از پلي وينيل الكل و پلي اكريليك اسيد تهيه شد و در نمكزدايي از محلولهاي نمكي به روش هاي تراوش تبخيري و اسمز معكوس استفاده شدند. غشاهاي تهيه شده با استفاده از روش هاي SEM، ATR،آزمون كشش و جذب آب تعيين ساختار شدند. پس زني نمك و شار آب عبوري از غشا به عنوان معيارهاي عملكرد غشا انتخاب شدند. پارامترهاي موثر در آماده سازي غشا از طريق طراحي آزمايش بررسي و بهينه سازي شدند. نتايج تراوش تبخيري نشان داد كه با افزايش دماي خوراك و كاهش ضخامت غشا، شار افزايش مييابد. با اين حال، پس زني نمك بهتر در دماي خوراك كمتر و ضخامت غشاء بيشتر به دست آمد. در شرايط بهينه، شار 7.1 Kg/m2.H و پس زني 99 % توسط غشاي IPN خالص به دست آمد، در حالي كه اين پارامترها به 11.2 Kg/m2.H و با غشاء IPN/NaA تا 95 % تغيير يافتند. آزمايشهاي اسمز معكوس نشان داد كه با افزايش فشار روي غشا، مقدار شار افزايش مييابد، در حالي كه براي داشتن پس زني يون بيشتر، به فشار كمتر و غشا با اتصال عرضي بالاتر نياز دارد (شار 16.2 Kg/m2.H و پس زني 90 %). با توجه به نتايج بهدستآمده، مشخص شد كه اين غشاي كامپوزيتي توانايي بالايي در نمكزدايي با پس زني و شار عبوري مناسب دارد.
در ادامه يك غشا كامپوزيتي از IPN(PVA/PAA) و چارچوب آلي فلزي(MIL101-Cr) به روش سنتز پي در پي تهيه شد. اين غشا در نمك زدايي به روش تراوش تبخيري جهت حذف نمك هاي NaCl و MgCl2 بكار گرفته شد. غشا آماده شده توسط آزمون هاي جذب آب، زاويه تماس،ATR، كشش و SEM مورد ارزيابي قرار گرفت. پارامترهاي موثر در تهيه غشا به روش طراحي آزمايش بهينه شدند. سپس اين غشا بهينه جهت نمك زدايي به روش تراوش تبخيري استفاده شد. نتايج حاصل از طراحي آزمايش نشان داد كه هر چه دماي خوراك افزايش يابد ميزان فلاكس آب بيشتر مي شود. هم چنين با افزايش دماي محلول خوراك و غلظت محلول ميزان پس زني نمك كاهش مي يابد. اين غشا در شرايط بهينه شار 15.19 و 14.59 Kg/m2.Hو پس زني نمك 99.24 و 99.37 % را براي يون هاي سديم و منيزيم فراهم ميكند. ضمنا اين غشا عملكرد مناسب خود را در مخلوطي از نمك ها هم به اثبات رساند. با توجه به نتايج حاصل از طراحي آزمايش، تست هاي ارزيابي اوليه و مقايسه با غشاهاي ديگر مي توان گفت، غشا كامپوزيتي IPN/MIL101-Cr در نمك زدايي به روش تراوش تبخيري توانايي بالايي دارد و مي توان با اصلاحات بيشتر از آن در مقياس هاي بزرگتر نيز استفاده كرد.
كليدواژه لاتين
Desalination , Membrane , Pervaporation , Reverse Osmosis , IPN , Composite membrane
عنوان لاتين
Desalination of aqueous solutions using polyvinyl alcohol based IPN and their nanocomposites membranes through pervaporation and reverse osmosis methods
گروه آموزشي
شيمي تجزيه
چكيده لاتين
Water is an abundant natural resource on earth that covers three quarters of the earthʹs surface, but only three percent of it is accessible. Desalination by reverse osmosis and pervaporation can be the key to solving this problem. Among the membranes that are used in desalination, interpenetrating polymer network (IPN) membranes are a suitable option due to their good mechanical properties. So, interpenetrating polymer network (IPN) membrane and its modified form with NaA zeolite were prepared using polyvinyl alcohol (PVA)/polyacrylic acid (PAA) and were used in desalination of saline solutions by pervaporation and reverse osmosis. The prepared membranes were characterized using SEM, ATR, tensile and swelling test. The effective parameters in the membrane preparation were investigated and optimized through experimental design. Then, Salt rejection and solution flux were selected as the criteria for the membrane performances. The pervaporation results showed that the flux increases with the feed temperature going up and the membrane thickness decrease. However, better rejection was achieved at less feed temperature and more membrane thickness. At the optimized conditions, flux 7.1 kg/h.m2 and rejection 99% were obtained by net IPN membrane while, these parameters were changed to 11.2 kg/h.m2 and up to 95% by IPN/NaA membrane. Reverse osmosis experiments revealed that as the pressure on the membrane increases, the amount of flux goes up, while it requires less pressure and more cross linked membrane for having higher rejection (Flux 16.2 kg/h.m2 and rejection 90%). According to the obtained results, it was found that this composite membrane has a high ability in desalination with appropriate rejection and Fluxes. In second work, Composite membranes consisting of PVA/PAA as interpenetrating polymer networks (IPN), along with various MOFs (MIL-101-Cr, Cu-BTC, UiO-66-NH2) or graphene oxide (GO), were synthesized using a sequential method. These membranes were designed for use in the pervaporation desalination of NaCl and MgCl2 salts. The membranes were characterized using swelling, contact angle, ATR, tensile, and SEM tests, and the optimal preparation parameters were determined using an experiment design method. Subsequently, the optimal membranes were employed in the pervaporation desalination process, with salt rejection and fluxes serving as the pervaporation responses. The results showed that as the temperature of the feed increased, the water flux also increased. However, as the feed solution temperature and concentration increased, the salt rejection decreased. Under optimal conditions, the IPN/MIL-101-Cr membrane provided 15.19 and 14.59 kg/m2·h flux and 99.24% and 99.37% rejection for sodium and magnesium ions, respectively, while the GO/IPN membrane provided 13.65 and 12.98 kg/m2·h flux and 98.97% and 99.10% rejection for sodium and magnesium ions, respectively. These composite membranes also exhibited excellent performance in salt mixtures. Based on the experimental design results, preliminary evaluation tests, and comparison with other membranes, it can be concluded that the IPN/MIL-101-Cr composite membrane is highly effective for pervaporation desalination and has potential for industrial-scale applications.
تعداد فصل ها
3
فهرست مطالب pdf
34094
نويسنده