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-فرایندهای 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-فرایند جداسازی نانوفیلتراسیون……………………………………………………………..12
شکل 1-5- فرایند جداسازی اولترافیلتراسیون………………………………………………………….13
شکل 1-6-فرایند 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 اندازه ­گیری 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

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