پیش بینی عملکرد غشای فراصافش برپایه گرانروی محلول بسپاری
محورهای موضوعی : شیمی تجزیه
مونا دهقانکار
1
(دانشجوی کارشناسیارشد دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران)
تورج محمدی
2
(استاد دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران)
مریم توکل‎ مقدم
3
(استادیار پژوهشکده توسعه فناوریهای شیمیایی، پلیمری و پتروشیمی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران)
فاطمه رکابدار
4
(مربی پژوهشکده توسعه فناوری های شیمیایی، پلیمری و پتروشیمی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران)
کلید واژه: فراصافش, گرانروی, افزودنیLiCl, غشای PVDF,
چکیده مقاله :
یکی از مهم ترین عوامل تأثیرگذار در تشکیل غشا به روش جدایش فازی، گرانروی محلول بسپاری است. در این پژوهش، با هدف ارایه راهکاری برای پیش بینی عملکرد غشاهای بسپاری، تاثیر دمای محلول و سرعت ریختهگری بر گرانروی محلول پلی(وینیلیدن فلورید) (PVDF) بررسی شده است. بدین منظور، گرانروی محلولPVDF/DMAc با افزودنی های LiCl و پلی(اتیلن گلیکول) (PEG) در گستره دمایی 10 تا °C 50 در فشار اتمسفر با شارشسنج دقیق اندازهگیری شد. عملکرد غشاهای فراصافش PVDF با ترکیب درصد (3 درصد وزنی از PEG و 7 درصد وزنی از LiCl) ارزیابی و مدلی تجربی با روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی برای پیش بینی مقدار شار و پسزنی غشا برپایه دو متغیر دمای محلول و سرعت ریختهگری، ارایه شده است. برای تعیین ویژگی های غشاهای ساختهشده از روشهای میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM)، شار آب خالص و پسزنی غشا، استفاده شد. نتایج حاکی از سازگاری خوب مدل با داده های تجربی است. برپایه نتایج طراحی آزمایش، سرعت ریختهگری برابر با m/min 2/1 و دمای محلول بسپاری برابر با °C 50، شرایط بهینه بهمنظور دستیابی به غشایی با بالاترین مقدار شار آب و پسزنی است.
One of the most important factors affecting membrane formation via phase inversion method is the viscosity of the polymer solution. In this research, with the aim of providing a solution to predict the performance of polymeric membranes based on viscosity data, the influence of dope solution temperature and casting speed on the viscosity of PVDF solution were investigated. For this purpose, the viscosity of PVDF/DMAc solution with LiCl and PEG additives was measured at the temperature range of 10-50 °C and atmospheric pressure with a precise rheometer. The performance of PVDF ultrafiltration membrane with composition of PEG 3 wt. % and LiCl 7 wt. % was evaluated and an empirical model using response surface methodology and central composite design was developed to predict membrane permeability and rejection based on viscosity data and two variables of solution temperature and casting speed. Scanning electron microscopy, pure water permeability and membrane rejection tests were used to characterize the membranes. The results show that the model is in good agreement with the experimental data and based on the results, the casting speed of 1.2 m/min and the temperature of the polymer solution at 50 °C are the optimum conditions for membrane fabrication to obtain the membrane with maximum flux and rejection.
[1] Kang, G.-D.; Cao, Y.-M.; Journal of Membrane Science 463, 145-165, 2014.
[2] Jung, Jun Tae, Jeong F. Kim, Ho Hyun Wang, Emanuele Di Nicolo, Enrico Drioli, and Young Moo Lee. Journal of Membrane Science 514, 250-263, 2016.
[3] Li, H.-B.; Shi, W.-Y.; Zhang, Y.-F.; Liu, D.-Q.; Liu, X.-F.; Polymers 6(6), 1846–1861, 2014.
[4] Bottino, A.; Capannelli, G.; Munari, S.; Turturro, A.; Desalination 68(2-3), 167-177, 1988.
[5] Yuliwati, E.; Ismail, A.F.; Desalination 273(1), 226-234, 2011.
[6] Hou, T.; Chen, H.; Zhang, L.; Acta Polymerica Sinica 12, 271-281, 2008.
[7] Buchori, L.; International Journal of Science and Engineering 1(2), 38–40, 2010.
[8] Haponka M.; Trojanowska, A.; Nogalska, A.; Jastrzab, R.; Gumi, T.; Tylkowski, B.; Polymers 9(12), 718-731, 2017.
[9] Shen J.L.; Zhang, Q.; Yin, Q.; Cui, Z.L.; Li, W.X.; Xing, W.H.; Journal of Membrane Science 521, 95-103, 2017.
[10] Tavakolmoghadam, M.; Mokhtare, A.; Rekabdar, F.; Esmaeili, M.; Khali Khaneghah, A.H.; Materials Research Express 7(1), 015312, 2020.
[11] Rajabi, Sh.; Khodadadi, F.; Tavakolmoghadam, M.; Rekabdar, F.; Membrane Water Treatment 11(4), 237-245, 2020.
[12] Bitterlich, B.; Lutz, C.; Roosen, A.; Ceramic International 28(6), 675-683, 2002.
[13] Zhang, L.Q.; Zang, G.; Advanced Materials Research 1048, 448-451, 2014.
[14] Khayet, M.; Feng, C.Y.; Khulbe, K.C.; Matsuura, T.; Desalination 148(1-3), 321-327, 2002.
[15] Lin, D.-J., Chang, C.-L., Huang, F.-M.; Cheng, L.-P.; Polymers 44(2), 413-422, 2003.
[16] Yeow, M.L.; Liu, Y.T.; Li, K.; Journal of Applied Polymer Science 92(3), 1782-1789, 2004.
[1] Kang, G.-D.; Cao, Y.-M.; Journal of Membrane Science 463, 145-165, 2014.
[2] Jung, Jun Tae, Jeong F. Kim, Ho Hyun Wang, Emanuele Di Nicolo, Enrico Drioli, and Young Moo Lee. Journal of Membrane Science 514, 250-263, 2016.
[3] Li, H.-B.; Shi, W.-Y.; Zhang, Y.-F.; Liu, D.-Q.; Liu, X.-F.; Polymers 6(6), 1846–1861, 2014.
[4] Bottino, A.; Capannelli, G.; Munari, S.; Turturro, A.; Desalination 68(2-3), 167-177, 1988.
[5] Yuliwati, E.; Ismail, A.F.; Desalination 273(1), 226-234, 2011.
[6] Hou, T.; Chen, H.; Zhang, L.; Acta Polymerica Sinica 12, 271-281, 2008.
[7] Buchori, L.; International Journal of Science and Engineering 1(2), 38–40, 2010.
[8] Haponka M.; Trojanowska, A.; Nogalska, A.; Jastrzab, R.; Gumi, T.; Tylkowski, B.; Polymers 9(12), 718-731, 2017.
[9] Shen J.L.; Zhang, Q.; Yin, Q.; Cui, Z.L.; Li, W.X.; Xing, W.H.; Journal of Membrane Science 521, 95-103, 2017.
[10] Tavakolmoghadam, M.; Mokhtare, A.; Rekabdar, F.; Esmaeili, M.; Khali Khaneghah, A.H.; Materials Research Express 7(1), 015312, 2020.
[11] Rajabi, Sh.; Khodadadi, F.; Tavakolmoghadam, M.; Rekabdar, F.; Membrane Water Treatment 11(4), 237-245, 2020.
[12] Bitterlich, B.; Lutz, C.; Roosen, A.; Ceramic International 28(6), 675-683, 2002.
[13] Zhang, L.Q.; Zang, G.; Advanced Materials Research 1048, 448-451, 2014.
[14] Khayet, M.; Feng, C.Y.; Khulbe, K.C.; Matsuura, T.; Desalination 148(1-3), 321-327, 2002.
[15] Lin, D.-J., Chang, C.-L., Huang, F.-M.; Cheng, L.-P.; Polymers 44(2), 413-422, 2003.
[16] Yeow, M.L.; Liu, Y.T.; Li, K.; Journal of Applied Polymer Science 92(3), 1782-1789, 2004.