دانلود پایان نامه ارشد:ساخت و ارزیابی غشای نانو کامپوزیتی پلی سولفون – نانو ذرات معدنی

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی شیمی

گرایش :طراحی فرآیند

عنوان : ساخت و ارزیابی غشای نانو کامپوزیتی پلی سولفون - نانو ذرات معدنی

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                                                                                                         صفحهچکیده ....................................................................................................................  1مقدمه.......................................................................................................................2بخش اول مطالعات کتابخانه ای.......................................................................................31-1-اهداف تحقیق.......................................................................................................41-2-فرضیه ها...........................................................................................................41-3-غشا..................................................................................................................41-4-تقسیم بندی غشا....................................................................................................51-4-1-تقسیم بندی بر اساس مکانیسم حاکم بر جداسازی........................................................51-4-2-تقسیم بندی بر اساس جنس غشا.............................................................................51-4-2-1-غشاهای پلیمری............................................................................................61-4-2-2-غشاهای مایع................................................................................................61-4-2-3-غشاهای سرامیکی.........................................................................................61-4-2-4-غشاهای فلزی...............................................................................................71-4-3-تقسیم بندی بر اساس شکل هندسی غشا....................................................................91-4-4-تقسیم بندی بر اساس ساختار غشا..........................................................................91-5-ویژگی های غشاها..............................................................................................101-6-کاربردهای غشا.................................................................................................101-7-فرآیندهای غشایی...............................................................................................111-7-1-اسمز معکوس................................................................................................111-7-2-نانوفیلتراسیون................................................................................................111-7-3-اولترافیلتراسیون.............................................................................................121-7-4-میکروفیلتراسیون............................................................................................141-8-کامپوزیت.........................................................................................................141-8-1-کامپوزیت چیست؟...........................................................................................141-8-2-از کاهگل تا کامپوزیت های پیشرفته....................................................................151-6-3-کاربردهای دیگر کامپوزیت ها...........................................................................161-8-4- ساخت کامپوزیت...........................................................................................171-8-5-روش های ساخت نانوکامپوزیت.........................................................................181-9-کاربرد تکنولوژی غشا........................................................................................191-10-محورهای اصلی کاربرد غشاها...........................................................................191-10-1صنعت آب و فاضلاب.....................................................................................191-10-2-صنایع غذایی...............................................................................................201-10-3-صنایع دارویی و پزشکی................................................................................201-10-4-تصفیه هوا و خالص سازی گازها.....................................................................201-10-5-کاربردهای دیگر..........................................................................................211-11-غشاهای بستر آمیخته.........................................................................................211-12-انواع غشاها....................................................................................................221-13-مدل حلالیت نفوذ..............................................................................................221-14-تجهیزات لازم بررسی ساختار عملکرد غشاها.........................................................251-15-تاریخچه گسترش غشا........................................................................................251-16-تاریخچه غشاهای بستر آمیخته.............................................................................26بخش دوم: مواد، تجهیزات و کارهای تجربی....................................................................282-1-انتخاب مناسب فاز پلیمری....................................................................................292-1-1-غشای پلیمر پلی سولفون...................................................................................292-1-2-دلایل انتخاب نانوکلی و نانوسیلیکا و پلیمر.............................................................312-2-کارهای تجربی..................................................................................................332-2-1-مواد و تجهیزات.............................................................................................332-2-2-ساخت غشا....................................................................................................332-2-2-1-ساخت فیلم غشای پلیمری اولترافیلتراسیون PSf..................................................332-2-2-2-ساخت غشاهای نانوکامپوزیتی........................................................................342-2-3-شار آب خالص...............................................................................................352-2-3-1-مدول غشایی..............................................................................................352-2-3-2-آزمون تراوش.............................................................................................352-2-3-3-نحوه انجام آزمایش ها...................................................................................352-2-3-4-محاسبه میزان آب خالص عبوری غشا..............................................................362-3-روش های ارزیابی ساختاری................................................................................36بخش سوم: نتایج و بحث.............................................................................................373-1-ارزیابی ساختاری..............................................................................................383-1-1-طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) .....................................................383-1-2-آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM).................................................393-1-3-میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) ....................................................................423-2-نتایج آزمایش های جداسازی مایعات.......................................................................453-2-1-آزمون تراوایی..............................................................................................45بخش چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات...........................................................................514-1-نتیجه گیری......................................................................................................524-2-پیشنهادات........................................................................................................54مراجع...................................................................................................................55فهرست شکل هاعنوان                                                                                                         صفحهشکل 1-1-نمونه هایی از غشاهای سرامیکی......................................................................7شکل 1-2-غشای فلزی.................................................................................................8شکل 1-3-نمونه ای از غشای مارپیچی.............................................................................9شکل 1-4-فرآیند جداسازی نانوفیلتراسیون.......................................................................12شکل 1-5- فرآیند جداسازی اولترافیلتراسیون...................................................................13شکل 1-6-فرآیند جداسازی میکروفیلتراسیون...................................................................14شکل 1-7-تقسیم بندی مواد..........................................................................................15شکل 1-8-فاز پیوسته و پراکنده در ساختار غشاهای بستر آمیخته..........................................24شکل 1-9- ساختار شیمیایی پلی سولفون.........................................................................27شکل 2-1- آون مورد استفاده به­منظور ساخت و خشک کردن غشا.........................................34شکل 2-2- حمام آب و سیستم بازگشتی در ساخت غشا........................................................34شکل2-3- حمام اولتراسونیک مورد استفاده برای پخش کردن یکنواخت ذرات..........................34شکل2-4- مدول غشایی استفاده شده جهت اندازه­گیری میزان تراوایی.....................................35شکل3-1- طیف FTIR پلی سولفون خالص....................................................................38شکل3-2- طیف FTIR نانوسیلیکا.................................................................................38شکل3-3- طیف FTIR نانوکلی...................................................................................39شکل3-4- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با 5/0% وزنی نانوکلی......................40شکل 3-5- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با 1% وزنی نانوکلی.......................40شکل 3-6- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با 2% وزنی نانوکلی........................41شکل 3-7- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با 5% وزنی نانو سیلیکا....................41شکل 3-8- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با10% وزنی نانو سیلیکا..................41شکل 3-9- تصویر FESEM از پلی سولفون آمیخته شده با15% وزنی نانو سیلیکا...................42شکل 3-10- تصویر FESEM از پلی سولفون خالص.......................................................42شکل 3-11- ریخت شناسی سطح غشای پلی سولفون خالص توسط AFM .............................43شکل 3-12- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 5/0% وزنی نانوکلی توسط AFM…….43شکل 3-13- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 1% وزنی نانوکلی توسط AFM..43شکل 3-14- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 2% وزنی نانوکلی توسط AFM...44شکل3-15- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 5% وزنی نانو سیلیکا توسط AFM............44شکل 3-16- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 10% وزنی نانوسیلیکا توسط AFM…….44شکل 3-17- ریخت شناسی سطح غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون با 15% وزنی نانوسیلیکا توسط AFM…..…45جدول3-1-اثر حضور نانو کلی و نانو سیلیکا بر تراوایی آب خالص در غشای نانو کامپوزیتی پلی سولفون ... 46شکل 3-18- نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-نانوسیلیکا با 5% وزنی..........46شکل 3-19-نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-نانوسیلیکا با 10% وزنی…....47شکل3-20- نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-نانوسیلیکا با 15% وزنی…....47شکل3-21- نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-خاک رس با 5/0%وزنی........48شکل3-22- نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-خاک رس با 1% وزنی..........48شکل 3-23- نمودار مقایسه تراوایی بین پلی سولفون با غشای پلی سولفون-خاک رس با 2% وزنی…….49

چکیده

در حال حاضر غشاها جایگاه ویژه ای در صنایع جداسازی مختلف پیدا کرده اند و کاربردهای وسیعی در زمینه های گوناگون جداسازی اعم از محلول های مایع و گازهای مختلف دارا می­باشند. تکنولوژی غشا یکی از تکنولوژی های پرکاربرد در صنعت امروز است که حوزه کاربرد آن از صنعت آب و فاضلاب تا صنایع غذایی و دارویی گسترده است. بیشتر غشاهایی که اخیرا در فرایندهای جداسازی غشایی گازها مورد استفاده قرار می گیرند غشاهای پلیمری و غیر متخلخل هستند و پایه عملکرد آنها مکانیسم حلالیت – نفوذ است. این مکانیسم در مقیاس مولکولی تراوش مولکولها از غشاء پلیمر است. در این مکانیسم فرض می شود مولکول در یک طرف غشا جذب می شود و از میان فضاهای خالی زنجیرهای پلیمر نفوذ می کند و در سطح دیگر دفع می شود.پلیمر پلی سولفون به دلیل دارا بودن خواص خوب مکانیکی، مقاومت شیمیایی بالا و دمای تبدیل شیشه ای بالا ، به مقدار زیادی در تهیه غشاهای نامتقارن (معمولا در محدوده اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون) مورد استفاده قرار میگیرد.غشاهای اولترا فیلتراسیون پلی سولفونی، ترشوندگی سطحی بسیار پایینی دارند.به واسطه برهم­کنش­های هیدروفوبی بین غشا و حل شونده های آبگریز، این خاصیت در غشاهای پلی سولفونی مشکلات انسداد زیادی را در پی خواهد داشت.همچنین  غشاهای پلیمری نمی توانند به مشکل تناقض بین انتخابگری و تراوایی چیره شوند.به منظور افزایش آبدوستی غشاهای پلی سولفون و بهبود خواص ساختاری غشا ، روشهای متعددی وجود دارد ولی چند روشی که از ابتدای کار توسعه بیشتری یافته‌اند عباراند از: پلیمریزاسیون درجا ، ترکیب محلول القا شدن، فرآیند ذوبی و روش بستر آمیخته. در این پژوهش نانو ذره خاک رس در آماده سازی این غشای نانوکامپوزیتی به روش بستر آمیخته استفاده شده است.با غشاهای بستر آمیخته می توان به انتخابگری بالا با همان مقدار تراوایی یا تراوایی بیشتر در مقایسه با غشاهای پلیمری موجود دست یافت. با اضافه کردن نانو ذرات معدنی می توان خواص جداسازی را بهبود بخشید.کلمات کلیدی: غشای نانوکامپوزیتی, اولترافیلتراسیون, نانوکلی, غشاهای بستر آمیخته

مقدمه

پیشرفت های کنونی در صنایع شیمیایی و صنایع مشابه به سمت افزایش سرعت انجام فرآیندها و کاهش مصرف انرژی در طول فرآیند معطوف شده است. یکی از فرآیندهای مهم و پرکاربرد در چنین صنایعی، جداسازی مواد مختلف می باشد. برای انجام فرآیندهای صنعتی اغلب باید اجزای ماده ی خام اولیه از هم جدا شده و محصول بدست آمده از این فرآیندها نیز تفکیک و تخلیص شود. از طرفی در اکثر صنایع، با درنظر گرفتن قوانین محیط زیستی، لزوم انجام فرآیندهای جداسازی بیش از پیش به چشم می خورد.در حقیقت، اهمیت فرآیندهای جداسازی و دستگاه ها و تجهیزات مربوطه، به اندازه ای است که در بسیاری از صنایع، بخش اعظم قیمت تمام شده ی یک محصول، مربوط به هزینه های جداسازی و خالص سازی آن محصول است. به همین دلیل یافتن یک روش جداسازی ساده تر و با هزینه ی کمتر، می تواند قابل تأمل باشد. در انتخاب یک روش جداسازی مناسب، باید بازده آن روش ها، دسترسی به تجهیزات هزینه های جداسازی، هزینه ی ساخت و هزینه های انرژی، با در نظر گرفتن مسایل زیست محیطی و مسایل سیاسی مورد ارزیابی کامل قرار بگیرد. همچنین باید اهداف جداسازی در فرآیند مشخص شود، در یک فرآیند جداسازی، اهداف متفاوتی مانند تغلیظ، تخلیص، تفکیک و جابجایی تعادل واکنش می تواند مدنظر باشد. در این راستا غشاها برای جداسازی گونه های مختلفی از مواد در حالات جامد، مایع و گاز توسعه یافته اند. با اینکه روش جداسازی با غشاها نسبت به روش های دیگری چون تقطیر، جذب سطحی، کریستالیزاسیون و استخراج مایع– مایع جدیدتر است ولی با توجه به کارایی و سهولت استفاده طی دو دهه ی اخیر، گسترش چشمگیری در استفاده از آن مشاهده شده است [1].بیشتر غشاهایی که اخیرا در فرآیندهای جداسازی غشایی مورد استفاده قرار می گیرند غشاهای پلیمری و نامتخلخل اند و پایه عملکرد آنها سازوکار حلالیت-نفوذ است. این سازوکار در مقیاس مولکولی، تراوش مولکول ها از غشا پلیمر است. در این سازوکار فرض می شود مولکول در یک طرف غشا جذب می شود و از میان فضاهای خالی زنجیرهای پلیمر نفوذ می کند و در سطح دیگر دفع می گردد. مطابق مدل حلالیت-نفوذ، نفوذ مولکول ها از میان غشا با دو پارامتر اصلی کنترل می شود ضریب نفوذ و ضریب حلالیت. ضریب حلالیت برابر نسبت دو پتانسیل جذب مثل فشار جزیی تعریف می شود [2]. برای عملکرد خوب غشا، هم تراوایی و هم گزینش پذیری باید بالا باشد. هرچه تراوایی بالا باشد سطح مورد نیاز غشا برای تصفیه گاز کمتر می شود و گزینش پذیری بالا، خلوص گاز بالایی را در شرایط تراوایی یکسان می دهد. در پلیمرهای شیشه ای (پلیمرهایی که زیر دمای گذار شیشه ای خود قرار دارند) مولکول های ریز مانند H2 و He سریع و مولکولهای بزرگ مانند هیدروکربن ها به آهستگی از غشا عبور می کنند. پلیمرهای تراوا گزینش پذیری پایینی دارند [2]. با وجود تمام این مزایا غشاهای پلیمری نمی توانند به مشکل تناقض بین گزینش پذیری و تراوایی چیره شوند. در واقع غشاهای غیرآلی مانند غشاهای کربنی دارای گزینش پذیری و تراوایی بالایی هستند اما در مقیاس بزرگ ساخت آنها مشکل است با توجه به نیاز بازدهی بالای غشاها در غشاهای پلیمری و غیرآلی نوع جدید غشاها اخیرا به نام غشاهای بستر آمیخته گسترش یافته است. غشاهای بستر آمیخته غشاهای ترکیبی هستند که در آنها جامد یا مایع یا هر دو به عنوان پرکننده در بستر پلیمر جاسازی شده اند [3]. پژوهش برروی غشاهای بستر آمیخته از سال 1980 با سرعت قابل ملاحظه ای به صورت پیوسته رو به افزایش است. اکنون یافته های تجربی و آزمایشگاهی، برتری نسبی جداسازی غشاهای بستر آمیخته نسبت به غشاهای پلیمری خالص را نمایانگر ساخته است. با توجه به جدید بودن این نوع از غشاها، فضای کاری زیادی برای مطالعات آینده پیش رو قرار دارد [3]. در این پژوهش برروی ساخت غشاهای نانوکامپوزیتی پلی سولفون به روش بستر آمیخته و بررسی عملکرد این غشاها تمرکز شده است. به منظور بررسی عملکرد غشا در شرایط مختلف، آزمایش های تراوش و آنالیزهای ساختاری صورت گرفته است. در این پژوهش، اثر پارامترهای مختلف بر عملکرد غشا و اثر فشار بر تراوایی و گزینش پذیری غشا بررسی شده است. لازم به ذکر است که ساخت غشاهای نانوکامپوزیتی پلی سولفون به روش بستر آمیخته، جدید و برای اولین بار می باشد.این پایان نامه در چهار بخش تنظیم شده است. در بخش اول، مقدمه ای در مورد غشاها و انواع آنها، فرآیندهای غشایی از جمله اولترافیلتراسیون، کامپوزیت ها، ویژگی های غشاهای بستر آمیخته ارایه شده است. همچنین در این بخش اهداف تحقیق و فرضیه های ممکن نیز بیان شده است.در بخش دوم، مواد و تجهیزات مورد استفاده در انجام این پژوهش بیان شده و روش ساخت غشای پلیمری اولترافیلتراسیون پلی سولفون و غشای نانوکامپوزیتی پلی سولفون توضیح داده می شود.در بخش سوم، نتایج حاصل از ارزیابی های ساختاری انجام شده برروی غشاها بیان می گردد و در ادامه نتایج حاصل از آزمون های تراوایی مورد بررسی قرار می گیرد.در بخش چهارم، نتیجه گیری و پیشنهادات جهت انجام پروژه های آینده ارایه گردیده است.تعداد صفحه : 73قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید