نانو فیلتر ها به واسطه ی توانایی بالایی در زمینه فرایندهای جداسازی و پالایش بخصوص جداسازی آلاینده ها از پساب های خانگی و کارخانجات بسیار مورد توجه قرار می گیرند. در این پروژه غشاهای نانوفیلتراسیون لایه نازک pva/pes با کراس لینکر گلوتر آلدهید سنتز شده و خواص آن توسط نانو ذرات tio2 با سایز nm20 بهبود یافت. برای ساخت زیر لایه غشاها , روش تغییر فاز با استفاده از رسوب گذاری غوطه وری مورد استفاده قرار گرفت. سپس از طریق روش پوشش دهی محلول pva بر روی غشای pes , غشای نانوفیلتراسیون لایه نازک سنتز شده و سپس خواص سطح توسط کراس لینکر گلوتر آلدهید اصلاح شد و در نهایت بواسطه ی پوشش دهی نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم بهبود یافت. اثر غلظتهای pva,ga,tio2 بر عملکرد و مورفولوژی غشا توسط روش تاگوچی و بصورت همزمان مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور از آرایه ی ارتوگونال l16 با 4 سطح از غلظت های گوناگون مواد استفاده شد. cod و فلاکس فاز تصفیه شده ی یک نمونه از پساب حاصل از صنایع خمیر مایه طی دو سری از آزمایشات مورد بررسی قرار گرفتند. طبق نتایج به دست آمده از آنالیز تاگوچی , غشاهای بهینه ی بر آورد شده از نقطه نظر فلاکس و cod با بازدهی بیش از 95 درصد معرفی شده و مورفولوژی آنها مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس این نتایج غشای حاوی 2 درصد pva , 5 درصد ga و 5/0 درصد tio2 بهترین بازدهی cod و غشای حاوی 5/0 درصد pva , 1 درصد ga و 05/0 درصد tio2 بهترین بازدهی را از نقطه نظر فلاکس فاز تصفیه شده دارد.

در قرن اخیر، بحران آب در بسیاری از کشورهای جهان به ویژه در ایران به عنوان یک مشکل اساسی به شمار می آید. بنابراین استفاده از منابع غیرمتعارف جهت تامین آب و کاهش استفاده از منابع موجود ضروری به نظر می رسد. استفاده مجدد از آب خاکستری بعنوان یک منبع غیرمتعارف آب، علاوه بر کاهش استفاده از منابع آب موجود، فاضلاب تخلیه شده در محیط را نیز به میزان چشم گیری کاهش می دهد. در این تحقیق پساب حمام، لباسشویی و ترکیب آن دو از مجموعه واحد مسکونی به عنوان آب خاکستری انتخاب شد. این سه پساب در دو حالت استفاده مستقیم از غشا و استفاده از سیستم ترکیبی مورد بررسی قرار گرفت. پساب حمام با استفاده مستقیم از غشاهای nf70، nf1 و nf90 به استاندارد استفاده مجدد جهت مصارف شهری رسید، در حالیکه برای پساب لباسشویی و ترکیبی مقادیر دترجنت، کدورت و bod با استاندارد مذکور نرسیده اسست. بدین منظور از فیلتر درشت دانه به جریان رو به بالا به عنوان پیش تصفیه قبل از سیستم غشایی استفاده شد. فیلتر درشت دانه با جریان رو به بالا بر اساس معیار طراحی وگلین با مقیاس 1:5 از جنس پلگسی گلس طراحی و ساخته شد. پارامترهایی از قبیل جامدات معلق، کدورت، رنگ، سورفکتانت آنیونی، کلیفرم، cod و bod در سیستم پیش تصفیه مورد بررسی قرار گرفت. درسیستم غشایی علاوه بر پارامترهای مذکور میزان حذف na، ca، mg، tp، tn، co3 و so4 نیز اندازه گیری شده است. خروجی از سیستم ترکیبی به استاندارد استفاده مجدد جهت مصارف شهری رسیده است و افزایش 2-5/1 برابری فلاکس غشاها کارایی بالای پیش تصفیه را نشان می دهد.

در این پروژه به بررسی و ساخت غشاهای الترافیلتراسیون ضدباکتریایی و غشاهای نانوفیلتراسیون با خاصیت مقاومت در برابر گرفتگی بیولوژیکی پرداخته شده است. در قسمت اول، برای ساخت غشاهای الترافیلتراسیون، از دو مدل نانوذرات نقره با اندازههای 70 و 30 نانومتر در غلظتهای مختلف استفاده شد. پلیمر پلیسولفون به عنوان پلیمر اصلی و پلیمر پلیوینیلپیرولیدون به عنوان عامل آبدوست کننده استفاده شدند. نانوذرات به محلول آمادهسازی غشاها اضافه شدند. غشاهای ساخته شده حاوی نانوذرات نقره سطوحی آب دوستتر از غشای بدون نانوذرات نقره داشتند. غشاهای الترافیلتراسیون حاوی نانوذرات 30 نانومتری دارای ساختاری بینظمتر از بقیهی غشاهای ساخته شده بودند. حضور نانوذرات سبب کوچکتر شدن حفرات روی سطح و درون ساختار غشا گردید. زبری سطح غشاها با افزایش محتوای نقره کاهش پیدا کرد. شار آب مقطر و پسزنی ماکرومولکول نمونه با افزایش محتوای نقره افزایش یافت. این افزایش با وجود کاهش اندازه حفرات بدلیل افزایش آبدوستی سطح قابل قبول میباشد. عملکرد ضدباکتریایی غشاهای الترافیلتراسیون حاوی نانوذرات 30 نانومتری بهتر از غشاهای الترافیلتراسیون حاوی نانوذرات 70 نانومتری ارزیابی شد. در نهایت غشای الترافیلتراسیون حاوی 4 درصد وزنی نانوذرهی نقره 30 نانومتری با شار آب 144 و پسزنی سرم آلبومین 95 درصد به عنوان غشای با بهترین عملکرد انتخاب شد. kg/m2.hr مقطر روش متداول برای ساخت غشاهای نانوفیلتراسیون مرکب لایه نازک، پلیمریزاسیون در سطح مشترک بین مونومر آبی متافنیلندیآمین و مونومر آلی تریمزوئیلکلرید میباشد. در روشی جدید، نانوذرات نقرهی قبل از پلیمریزاسیون دو مونومر، بر روی غشاهای پایه با غلظتهای مختلف نشانده شدند. غشاهای نانوفیلتراسیون ساخته شده به روش جدید با غشاهای ساخته شده به روش متداول (افزودن نانوذرات نقره به مونومر آبی) مقایسه شدند. در مقایسه با غشاهای نانوفیلتراسیون ساخته شده به روش متداول، غشاهای ساخته شده به روش جدید دارای سطوحی صافتر بودند. عملکرد غشاهای نانوفیلتراسیون جدید بهتر از غشاهای ساخته شده به روش متداول ارزیابی گردید. غشاهای ساخته شده حاوی بیشترین 20 و پسزنی نمک 20 درصد پایدارترین عملکرد را از خود kg/m2.hr درصد نانوذرات با شار آب مقطر نشان دادند. در آزمایش بررسی گرفتگی بیولوژیکی هر دو مدل غشای ساخته شده نتایج خوبی را از خود نشان دادند. بررسی روند رهایش نقره اثبات کرد نانوذرات مدت زمان بیشتری در ساختار نانوفیلترهای ساخته شده به روش جدید میمانند. با توجه به نتایج بدست آمده، غشاهای نانوفیلتراسیون ساخته شده به 0 درصد) / روش جدید عملکرد بهتری از خود نشان دادند. غشای نانوفیلتراسیون با بیشترین غلظت نقره ( 5 دارای بهترین شرایط میباشد. روش جدید در ساخت غشای نانوفیلتراسیون لایه نازک با نانوذرات دیاکسیدتیتانیم نیز تکرار گردید. این غشاها دارای سطوحی یک دست و آبدوست بودند. غشاهای ساخته شده حاوی بیشترین درصد 48 و پسزنی نمک 85 درصد بهترین عملکرد را از خود نشان دادند. kg/m2.hr نانوذرات با شار آب مقطر خواص مقاومت در برابر گرفتگی و گرفتگی بیولوژیکی به واسطهی حضور نانوذرات دیاکسیدتیتانیم نسبت به غشاهای نانوفیلتراسیون بدون نانوذرات بهبود یافتند.

محدود بودن میزان منابع آب شیرین در جهان و افزایش آلودگی این منابع به دلیل رشد روز افزون جمعیت، توسعه صنایع و افزایش فعالیت های کشاورزی، توجه بیشتری را به منابع آبی موجود معطوف می نماید. از میان منابع آبی موجود، آبهای سطحی به علت سهولت دسترسی و نیاز به تجهیزات کمتر جهت بهرهبرداری و استفاده، از توجه ویژهای برخوردارند. در این تحقیق ایستگاه کرسنگ در رودخانه هراز بر مبنای نقشه پهنه بندی آلودگی منطقه، جهت نمونه گیری انتخاب گردید. پس از بررسی و مقایسه پارامترهای کیفی رودخانه با استانداردهای آب شرب، مشخص گردید که به جز پارامترهای کدورت، مواد جامد معلق، رنگ، bod، cod ، کلیفرم، منگنز، کادمیوم و سرب، سایر پارامترها در محدوده مجاز آب آشامیدنی قرار دارند. جهت تصفیه آب رودخانه از یک سیستم ترکیبی استفاده گردید. بدین منظور پایلوتی متشکل از یک فیلتر درشت دانه افقی به عنوان پیش تصفیه و سیستم غشایی dead-end به عنوان تصفیه تکمیلی در اشل آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد و به این ترتیب عملکرد سه غشای نانوفیلتراسیون nf70، nf90 و nf1 در تصفیه آب رودخانه مورد ارزیابی قرار گرفت. آب خام با کدورت، tss و رنگ به ترتیب برابر با ntu540، mg/l 420 وcu 1553 وارد سیستم hrf شد و درصد حذف برابر با 85، 79 و52 درصد حاصل شد و به این ترتیب سیستمhrf راندمان فرآیند غشایی را بیش از 3 برابر افزایش داد. نتایج حاصل از آنالیز نهایی داده ها نشان داد که هر سه غشا تقریبا عملکرد یکسانی درحذف فلزات سنگین و سایر پارامترهای مورد نظر از خود نشان دادند و خروجی از هر سه غشا با استاندارد آب شرب مطابقت داشته است ولی در مجموع غشای nf70 با میزان فلاکس حدودا 1.5 تا 2 برابر نسبت به سایر غشاها بهترین عملکرد را در تصفیه آب رودخانه از خود نشان داد.

غشاهای اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون مختلفی شامل غشاهای ساخته شده در مقیاس آزمایشگاهی و غشاهای تجاری در فرآیند تصفیه پساب روغن زیتون استفاده و با هم مقایسه شدند. روشهای پیش تصفیه متفاوتی شامل اسید زنی و ته نشینی به عنوان پیش تصفیه های اصلی و تنظیم ph و انعقاد به عنوان پیش تصفیه های اضافی، به منظور کاهش اثر نامطلوب رسوب روی غشا، استفاده گردید، و تاثیر هر کدام روی عملکرد فرآیند تصفیه غشایی بررسی شد. در بخش اول این تحقیق از غشاهای اصلاح شده با نانولوله کربنی عاملدار که با هدف بهبود فرآیند تصفیه پساب روغن زیتون ساخته شدند، استفاده شد. تاثیر شرایط عملیاتی شامل فشار، دما، نوع و ساختار غشاهای اصلاح شده، استفاده از منعقد کننده و تنظیم ph به عنوان پیش تصفیه های اضافی روی شاخص های تعیین عملکرد فرآیند تصفیه بررسی شده است. طراحی آزمایش ها در بخش اول بر اساس روش تاگوچی انجام شد. با استفاده از روش تاگوچی و آنالیز واریانس فاکتورهای مهم و تاثیر گذار روی شاخص های عملکرد فرآیند تصفیه تعیین شد. در قست دوم این تحقیق سیستم غشایی با آرایش یکپارچه برای تصفیه پساب روغن زیتون مورد استفاده قرار گرفته است. غشاهای اولترافیلتر و نانوفیلتر در این بخش بصورت مارپیچ (حلزونی) مورد استفاده قرار گرفتند. پساب بوسیله سه مرحله میکروفیلتراسیون بترتیب با اندازه حفرات 50، 5 و 0/2 میکرون قبل از غشاهای اولترافیلتراسیون پیش تصفیه شد. راندمان فرآیند تصفیه بوسیله درصد حذف شاخص های مختلف آلودگی پساب روغن زیتون شامل cod، جذب در طول موج 254 نانومتر، ترکیبات فنولی، رنگ و قابلیت هدایت تعیین گردید. آنالیز رسوب غشاهای اولترافیلتر و نانوفیلتر استفاده شده بوسیله تعیین نسبت بازیافت فلاکس و مقاومت کل بوجود آمده در اثر رسوب در حین آزمایش های تغلیظ انجام شد. در بین غشاهای اولترافیلتر استفاده شده، غشای تجاری uf-csm فلاکس عبوری بیشتری را نسبت به غشای اولترافیلتر ساخته شده نتیجه داد، در حالیکه خواص ضد رسوب و راندمان پس دهی غشای ساخته شده به مقدار قابل ملاحظه ای بهتر از غشای تجاری بود. در بین غشاهای نانوفیلتراسیون استفاده شده، غشای

لایه های نفوذ گاز و نگهدارنده های کاتالیست دو قسمت مهم از مجموعه الکترود غشا(mea) پیل های سوختی می باشند که طراحی و اصلاح خواص آن ها توسط فناوری نانو، در افزایش بازده و بهبود عملکرد این مجموعه تاثیر بسزایی دارد. در این پژوهش طراحی نوینی توسط هیبرید نانوالیاف پلیمری و کربنی سنتز شده با سیستم الکتروریسندگی، جهت اصلاح الکترود پیل سوختی انجام گرفت. بکارگیری نانوالیاف کربن از دسته نگهدارنده های کربنی و نانوالیاف پلی آنیلین از گروه نگهدارنده های پلیمرهادی به صورت سیستم هیبریدی در الکترود، روش جدیدی می باشد که در این تحقیق بررسی شد. با بررسی پارامترهای سیستم الکتروریسی در ولتاژ kv 16، دبیml/hr1 و فاصله کاری cm 13 الیافی یکنواخت و بدون گره مشاهده شدکه به منظور بررسی مرفولوژی نانوالیاف هیبریدی الکتروریسی شده از تست میکروسکوپ الکترونی(sem) استفاده گردید و متوسط اندازه قطر نانوالیاف هیبریدی nm95 گزارش شد. الکتروکاتالیست پلاتین نیز جهت حصول توزیع باریک اندازه ذرات، به روش شیمیایی پلی اُل، سنتز شد و آنالیز تفرق اشعه ایکس(xrd) به منظور بررسی ساختار کریستالی آن انجام گرفت که طبق نتایج آنالیز، میانگین اندازه ذرات کریستالی پلاتین سنتز شده با این روش nm 1/1 بود. جهت بررسی و مقایسه رفتار الکتروشیمیایی الکترود اصلاح شده با نانوالیاف هیبریدی و الکترود تجاری 20% pt/c ، تست ولتامتری چرخه ای(cv) در محدوده پتانسیل 24/0- تاv2/1 با سرعت روبش پتانسیل mv/s50 انجام گرفت که مشاهده شد چگالی جریان پیک جذب/دفع هیدروژن در الکترود هیبریدی با مقدار ma/cm2 15 بیشتر از الکترود تجاری بود. با تحلیل داده های ولتاموگرام این تست و احتساب میزان بارگذاری پلاتین(loading) که از طریق وزن سنجی mgr/cm2 4/0 محاسبه شد، سطح فعال الکتروشیمیایی(eas) الکترود اصلاح شده با نانوالیاف هیبریدیm2/gr 160 به دست آمد که نسبت به الکترود تجاری 20% pt/c با مساحتی حدود m2/gr 114، افزایش داشت.

در این پروژه هدف اصلی ساخت غشای پلیمری و بهبود خواص سطحی آن به منظور دست یابی به عملکرد بهینه برای استفاده در فرایند اولترافیلتراسیون می باشد. بدین منظور، سه سری غشای اولترافیلتراسیون ساخته شد. در سری اول تاثیر افزودن مونومرهای آب دوستی مانند دی آمینوبنزوئیک اسید وگالیک اسید به محلول پلی اترسولفون بررسی شد. در سری دوم تاثیر اصلاح ساختار غشای پلی اترسولفونی با پلیمر پلی اترسولفیدسولفون سولفونه شده مورد بررسی قرار گرفت. در سری سوم غشاهای اولترافیلتراسیون به کمک پلیمر پایه پلی اترسولفون آمید ساخته شدند و با غشای اولترافیلتراسیونی پلی اترسولفونی مورد مقایسه قرار گرفتند. سپس تاثیر اصلاح سطح غشاهای ساخته شده با پلیمر پلی اترسولفون آمید توسط مونومرهای دی آمینوبنزوئیک اسید و گالیک اسید بررسی گردید. غشاهای ساخته شده توسط آزمون های میکروسکوپ الکترونی، میکروسکوپ نیروی اتمی، طیف مادون قرمز و زاویه تماس مورد بررسی قرار گرفت. عملکرد غشاهای ساخته شده در قالب اندازه گیری شار و پس زنی ماکرومولکول نمونه مورد بررسی قرار گرفت. خواص مقاومت در برابر گرفتگی نیز با استفاده از مطالعات کمی افت شار حین عملکرد بررسی شد. نتایج حاصل از بررسی های غشاهای اصلاح شده سری اول نشان دادند، غشاهای ساخته شده حاوی 8 درصد وزنی دی-آمینوبنزوئیک اسید ( با شار lit.m2.h-1 55، مقاومت کل 39 درصد و نسبت شار بازیابی 79 درصد) و 6 درصد وزنی گالیک اسید ( با شار lit.m2.h-1 33، مقاومت کل 20 درصد و نسبت شار بازیابی 88 درصد)، بهترین عملکرد را در بین سایر درصدها از خود نشان دادند. در بین غشاهای اصلاح شده سری دوم، غشای با 3 درصد وزنی پلی اتر سولفید سولفون سولفونه شده در محلول قالبی به دلیل عملکرد بهینه در شار عبوری به میزان lit.m2.h-1 60، رسیدن به درصد پس زنی 85 درصد، کاهش مقاومت گرفتگی، افزایش میزان شار بازیابی نسبت به غشای اصلاح نشده به میزان 20 درصد، پیشنهاد می شود. در بین غشاهای ساخته شده سری سوم غشاهای با پایه ی پلی اترسولفون آمیدی شار و پس زنی بهتری از غشای پلی اترسولفونی از خود نشان دادند. شار برای غشای با پایه ی پلی اترسولفون آمیدی به lit.m2.h-1 162 و میزان پس زنی به 83 درصد رسید. همچنین، در بین غشاهای پلی اترسولفون-آمیدی اصلاح سطحی شده، غشای اصلاح شده توسط گالیک اسید؛ با شار lit.m2.h-1122 و پس زنی 92 درصد، بهترین عملکرد را از خود نشان داد.

سوخت جایگزین گازوییل یا بیودیزل جهت سوختن در موتورهای دیزلی و در ترکیب برخی تولیدات دیگر چون روانسازهای صنعتی به کار گرفته می شود. فرآیندهای تولید بیودیزل تقریباً در تمامی واحدهای صنعتی مشابه است و تنها تفاوت عمده ای که موجب بروز نقاط ضعف یا قوت شده، در بخش پایین دستی فرایند تولید یعنی جداسازی و تخلیص بیودیزل است. بر این اساس در تحقیق حاضر نخست بیودیزل از واکنش ترانس استریفیکاسیون روغن کانولا و 100% متانول اضافه در حضور 1% وزنی هیدروکسید سدیم تولید شده، سپس از غشاهای پلیمری نانوفیلتراسیون مقاوم به حلال در انواع "کامپوزیتی لایه نازک" و "نامتقارن با لایه رویی متراکم" جهت تخلیص بیودیزل در سیستم فیلتراسیون انتها بسته استفاده شده است. در غشاهای کامپوزیتی لایه نازک، به منظور تقویت پایه نگهدارنده پلی سولفون از کوپلیمرهای جدید سنتزشده پلی اترسولفید سولفون سولفونه و به-منظور بهبود عملکرد لایه رویی از نانو ذرات دی اکسید تیتانیم عامل دار شده با عوامل آمینی و کلریدی استفاده شده است. استفاده از کوپلیمر، نه تنها سبب بهبود ریزساختار و افزایش پایداری حرارتی و شیمیایی غشاها شده بلکه میزان پس زنی را در سیستم های آلی- آلی به بیش از 90% افزایش داده است. درج و توزیع یکنواخت نانوذرات در دسته ای دیگر از غشاهای نانوکامپوزیتی لایه-نازک علاوه بر افزایش مقاومت به حلال های شیمیایی، میزان شار عبوری را نسبت به غشای کامپوزیتی افزایش داده است. در غشاهای نامتقارن با لایه رویی متراکم، از کوپلیمر سنتزی به عنوان ترکیبی و از نانولوله های کربنی عامل دار شده به عنوان افزودنی با نسبت های وزنی مختلف در محلول قالبریزی استفاده شده است. غشاهای ترکیبی ساخته شده در غلظت 5% وزنی از کوپلیمر، مناسب-ترین عملکرد را در فرایند تخلیص بیودیزل داشته بطوریکه با افزایش میزان کوپلیمر، شار عبوری کاهش و درصد حذف گلیسرول به 65% افزایش یافته است. در غشاهای نانوکامپوزیتی پلی ایمیدی، غلظت 1% وزنی از نانولوله های کربنی عامل دار شده به عنوان غلظت بهینه تعیین شده بطوریکه سبب حذف کامل گلیسرول از فاز غنی از بیودیزل شده است. به علاوه حضور افزودنی های فوق الذکر در ساختار غشا، بهبود خواص ضد گرفتگی را به همراه داشته است.

غشاهای نوین نانوکامپوزیتی لایه نازک به منظور استفاده در فرایند اسمز رو به جلو، به روش پلیمریزاسیون فصل مشترک ساخته شدند. نانولوله های کربنی عامل دار شده با عامل آمینی در محلول فنیلن دی آمین با درصد های مختلف وزنی(01/0، 05/0و 1/0 wt%) به منظور بهبود کارایی این نوع غشاها مورد استفاده قرار گرفتند. غشاهای ساخته شده از لحاظ ساختار غشا و خصوصیات سطح، خصوصیات جداسازی و کارایی در سیستم اسمز رو به جلو مورد ارزیابی قرار گرفتند و با غشاهای موجود مقایسه شدند. میزان آب دوستی سطح غشاهای نانوکامپوزیتی لایه نازک با افزایش درصد وزنی نانولوله ها در محلول آبی فنیلن دی آمین افزایش یافت. بررسی مورفولوژی سطح غشاهای ساخته شده نشان داد که حضور نانولوله های کربنی عامل دار شده سبب تغییر ساختار سطح این غشاها از جمله زبری سطح آن ها گشته است. کارایی این غشاها در سیستم اسمز رو به جلو با استفاده از محلول نمک nacl 10 mm به عنوان محلول خوراک و محلول نمک nacl 2 m به عنوان محلول بیرون کشنده تعیین شدند. غشاهای نوین نانوکامپوزیتی لایه نازک اسمز رو به جلو در همه درصد های وزنی ساخته شده نسبت به غشاهای لایه نازک اصلاح نشده تراوایی و درصد پس زنی قابل قبول و بهتری داشتند.

مسائل اقتصادی در استفاده از غشاها در فرایند جداسازی سبب توسعه ی غشاهایی شده که نسبت سطح به حجم آن ها بزرگ می باشد،که منجر به استفاده از غشاهای الیاف توخالی شده است. غشاهای الیاف توخالی خود نگهدارنده هستند و جداره الیاف به عنوان سطح گزینش پذیر عمل می کند. در این پروژه غشاهای الیاف توخالی با روش های ریسندگی تر و تر- خشک و با ریسنده ای با قطر داخلی 64/0 میلی متر و قطر خارجی 2/1 میلی متر ساخته شده اند. در ابتدا غشاهای الیاف توخالی پلی سولفون در فاصله های هوایی مختلف (صفر تا 20 سانتی متر) ساخته شدند و تأثیر آن بر روی ساختار و عملکرد غشاها مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج بدست آمده نشان داد طول فاصله ی هوایی با اندازه قطرهای داخلی و خارجی غشاهای الیاف توخالی رابطه عکس دارد. همچنین با افزایش طول فاصله ی هوایی، لایه ی میانی خارجی کاهش یافته و در فاصله ی هوایی 20 سانتی متر از بین می رود. افزایش طول فاصله ی هوایی موجب کاهش زبری سطوح خارجی غشاهای الیاف توخالی شده و میانگین اندازه حفرات سطح خارجی غشا را از 5/37 نانومتر در فاصله ی هوایی صفر سانتی متر به 242 نانومتر در فاصله ی هوایی 20 سانتی متر می رساند. آزمایش های فیلتراسیون روند رو به رشدی را برای شار و روندی کاهشی را برای پس زنی غشاهای الیاف توخالی با افزایش فاصله هوایی از خود نشان دادند. در این بخش، غشاهای ساخته شده در فاصله ی هوایی 2 سانتی متر با شار l.m-2.hr-1 96/8 و درصد پس زنی 95% بهترین عملکرد را نسبت به سایر غشاها از خود نشان دادند. در بخش بعدی، غشاهای الیاف توخالی پلی سولفون با افزودن درصدهای مختلف ارتوفسفریک اسید اصلاح شدند، این غشاها در شرایط یکسان و با فاصله ی هوایی 2 سانتی متر ساخته شدند. نتایج بدست آمده نشان دادند که با افزایش درصد افزودنی زاویه تماس برای غشاهای الیاف توخالی کاهش، زبری سطح افزایش و اندازه ی حفرات انگشت گون کاهش می یابند. در بین غشاهای اصلاح شده، غشای با 5 درصد وزنی ارتوفسفریک اسید در محلول قالبی به دلیل عملکرد بهینه در شار عبوری به میزان l.m-2.hr-1 03/21، رسیدن به درصد پس زنی 98%، کاهش مقاومت گرفتگی و نسبت بازیابی شار 86% پیشنهاد می شود.

اسمزمستقیم فرآیندی است که در دهه های اخیر مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. اسمزمستقیم یک فرآیند جداسازی غشایی است که بر خلاف فرآیند اسمز معکوس از اختلاف فشار اسمزی (اختلاف غلظت) در دو سمت غشا بهره می برد و سبب انتقال آب از غشای نیمه تراوا می گردد.بنابراین اسمز مستقیم به دلیل مزایای زیادی از جمله گرفتگی اندک غشا و هزینه پایین عملیاتی در مقایسه با اسمز معکوس در دهه های اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفت. در این تحقیق غشاهای لایه نازک نانوکامپوزیتی به منظور استفاده در فرایند اسمز مستقیم به روش پلیمریزاسیون سطحی بر روی زیر لایه پلی سولفونی سنتز شد. تأثیر شرایط مختلف ساخت غشا از جمله، غلظت مونومرهای آبی و آلی، زمان واکنش، دما و زمان پخت، و تأثیر نانو ذرات سیلیکا (20-15 نانومتر) بر روی عملکرد و ساختار غشاهای اسمز مستقیم مورد بررسی قرار گرفت. غشاهای ساخته شده با اسپکتومتر مادون قرمز،میکروسکوپ الکترونی روبشی و اندازه گیری آب دوستی سطح مورد بررسی قرار گرفت. عملکرد فرآیند اسمز مستقیم با استفاده از محلول 10 میلی مولار نمک سدیم کلراید به عنوان خوراک و محلول 2 مولار نمک سدیم کلراید به عنوان محلول اسمزی در هردو جهت گیری اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت mpd وtmc ، افزایش زمان واکنش و افزایش دمای پخت غشا سبب بهبود میزان پس زنی نمک و کاهش تراوش پذیری غشا می گردد. در بهینه-ترین شرایط ساخت غشا (1/0 درصد وزنی ,tmc2 درصد وزنی mpd، زمان واکنش 30 ثانیه و دما پخت ?c80( میزان پس زنی %72 و فلاکس آب lit/m2 h 3/10 حاصل گردید. بعد از افزودن نانو ذرات سیلیکا در درصدهای وزنی مختلف (1/0، 05/0 و01/0) به محلول آبی، آب دوستی سطح غشا با افزایش غلظت نانو ذرات بیشتر شد. مطالعات ساختاری غشا نشان داد که حضور نانو ذرات مورفولوژی سطح غشا اصلاح شده را تغییر داد و همچنین مشاهده شد که نانو ذرات سیلیکا در ساختار غشا به خوبی پراکنده شده اند. غشاهای نانوکامپوزیتی در غلظت های بین wt% 1/0-01/0 نانو ذرات سیلیکا میزان تراوش پذیری و پس زنی بالاتری نسبت به غشای کامپوزیتی دارا هستند. در بهترین حالت غشای نانوکامپوزیتی دارای فلاکس (lit/m2h 35/36) می باشد که تقریبا دو برابر فلاکس غشاهای کامپوزیتی است.

در این پایان نامه عملکردغشاهای نانوفیلتراسیون سنتز شده به روش پلیمریزاسیون در سطح مشترک برای حذف آفت کش هامورد بررسی قرار گرفت. غشاها با استفاده از روش پلیمریزاسیون در فصل مشترک بین دو واکنشگر پیپرازین (pip) و تری مزوئیل کلراید (tmc) بر روی زیر لایه ی اولترافیلتراسیون پلی سولفونی متخلخل ساخته شدند. جهت مطالعه ی بیشتر تأثیر افزودنی های تری اتیل آمین (tea) و تری اتیلن تترا آمین(teta) در محلول آبی بر روی عملکرد و مورفولوژی غشاها مورد بررسی قرار گرفت. غلظت های مختلفی از (0.5، 1، 1.5و 2% وزنی) پیپرازین، ( 0.5، 1، 1.5و 2% وزنی) تری اتیل آمین (0.5، 1، 1.5و 2% وزنی) تری اتیلن تترا آمین برای اصلاح غشاها و رسیدن به شرایط بهینه مورد استفاده قرار گرفت. مطالعاتی که بر روی غشاها صورت گرفت نشان داد که با افزودن tea و teta زبری و ناهمواری های سطح لایه ی پلی آمیدی افزایش یافت. آبدوستی غشاها نیز بدلیل افزایش گروه های عاملی آبدوست در سطح غشاها در حضور tea و tetaافزایش یافت. به همین علت پس زنی آفت کش های آب گریز هم افزایش یافت. عملکرد غشاهای نانوفیلتراسیون با استفاده از محلول های حاوی آفت کش های آترازین (g/l 0.03)، دیازینون (g/l 0.03) و نمک سدیم کلراید (g/l 1) به عنوان خوراک مورد بررسی قرار گرفت. در همه ی آزمایش هاپس زنی دیازینون بیشتر از آترازین بوده است. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان دادند که فلاکس آب و پس زنی دیازینون به ترتیب از lm-2h-1 22.09 و95.2 % در غشای اصلاح نشده (2% وزنی pip) به lm-2h-1 41.56و 98.8% در غشای اصلاح شده باتری اتیل آمین (2% وزنی pipو 2% وزنی tea) و به lm-2h-1 13.5 و 99% در غشای اصلاح شده باتری اتیلن تترا آمین(2% وزنی pip و 2% وزنی teta) تغییر یافت.علاوه بر این طبق نتایج، فلاکس آب و پس زنی نمک از lm-2h-1 32 و 31.02% در غشای اصلاح نشده (2% وزنی pip) به lm-2h-1 27 و 50.36% در غشای اصلاح شده باتری اتیل آمین(2% وزنی pipو 2% وزنی tea) و به lm-2h-1 16.53 و 62.32% در غشای اصلاح شده باتری اتیلن تترا آمین (2% وزنی pipو 2% وزنی teta) تغییر یافت. نتایج حاصل از این پروژه پیشرفت چشمگیری را در زمینه ی جداسازی نمک nacl و آفت کش ها از آب توسط غشای کامپوزیتی نانوفیلتراسیون پلی پیپرازینی نشان داد.

در این پروژه، غشای نانوفیلتراسیون کامپوزیتی لایه نازک از طریق واکنش پلیمریزاسیون بین سطحی میان پلی‏اتیلن‏ایمین (pei) و تری‏فتالویل‏دی‏کلرید (tpc) ساخته شد. لایه نازک پلی‏آمیدی شکل گرفته بر روی سطح، حاصل این واکنش پلیمریزاسیون بوده است. نانوذرات سیلیکا با اندازه‏ی تقریبی 20-15 نانومتر به‏عنوان عامل اصلاح‏کننده به این غشا اضافه شدند. زیرلایه‏ای متخلخل از جنس پلی‏سولفون به‏عنوان نگهدارنده‏ی غشای نانوفیلتراسیون برگزیده شد. توانایی غشا در خصوص مقاومت در برابر حلال آلی، با استفاده از حلال 2-پروپانول سنجیده شد. کریستال ویولت به‏عنوان یک رنگدانه در حلال‏های آب و 2-پروپانول به‏طور جداگانه حل شد. عملکرد غشاها همچنین برای حذف مولکول‏های نمک از آب‏های لب‏شور نیز بررسی شد. آنالیز ساختاری ftir حضور گروه‏های عاملی جدیدی همچون سیلانول روی سطح غشاها را به‏دلیل وجود نانوذرات نشان داد. همچنین آزمون زاویه تماس، بهبود خواص آبدوستی غشاهای ساخته شده را به‏دلیل استفاده کردن از عامل اصلاح‏کننده‏ی آبدوست، تایید کرد. مقطع عرضی و سطح رویی غشاهای ساخته شده با دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد سنجش قرار گرفت. تصاویر sem از مقطع عرضی نشان دادند که لایه‏ی پلی‏آمیدی به خوبی روی سطح غشا تشکیل شده است. همچنین تصاویر از سطح بالایی غشاها پراکندگی مناسب نانوذرات روی سطح را نمایان کردند. پارامترهای زبری سطح توسط دستگاه میکروسکوپ الکترونی اتمی (afm) به‏دست آمدند. این پارامترها مشخص کردند که با افزایش نانوذرات به غشا ساختار سطح غشا زبرتر شده است. در بارگذاری کم نانوذرات، عملکرد غشاها در فیلتراسیون محلول‏های آبی و آلی کریستال ویولت با افزایش در شار همراه بود. روند پس‏زنی مولکول رنگی بسته به درصد مونومر آسیلی دچار کاهش یا دارای روندی ثابت بود. نهایتاً، در درصدهای بهینه از نانوذرات، غشا خواه از نظر شار و خواه از نظر پس‏زنی عملکرد خوبی از خود نشان داد. در جریان فیلتراسیون محلول آبی کریستال ویولت، پس‏زنی 100% و در جریان فیلتراسیون محلول آلی کریستال ویولت پس‏زنی 99% به‏دست آمد. در جریان فیلتراسیون محلول آب و نمک نیز پس‏زنی بسیار خوب 6/76% نسبت به مولکول nacl به‏دست آمد.

فرایند تولید بیودیزل به عنوان سوخت پاک شامل دو یا سه مرحله واکنش متوالی به همراه جداسازی و تخلیص است. فناوری های مرسوم تخلیص و جداسازی بیودیزل مشکلاتی نظیر مصرف مقادیر زیاد آب و تولید حجم زیادی پساب را به همراه دارند. امروزه کاربرد فناوری غشایی جهت تخلیص بیودیزل اهمیت یافته است. در این تحقیق از فیلتراسیون غشایی جهت تخلیص بیودیزل و تولید محصولی با بازده بالا استفاده شده است. این تحقیق همچنین در جهت مطالعه ی اثر غشاءهای مختلف بر روی تخلیص بیودیزل حاصل از روغن کانولا و متانول در فرایند تبادل استری بازی بررسی شده و به همین منظور4 نوع غشاء مختلف ساخته شده اند. پلی اتر سولفون سولفونه شده(spes)و محلول نفیون برای اصلاح توده ای در محلول قالبی سنتز غشاء مورد استفاده قرار گرفتند.در نوع اول نفیون درون محلول قالبی سنتز غشای پلی سولفون با غلظت های 0، 1، 3، 5 درصد وزنی اضافه شده است. نتایج حاکی از آن است که غشای اصلاح شده دارای 1% محلول نفیونی بازده بهتری نسبت به سایر غلظت ها دارد. در نوع دوم غشای ترکیبی pes/spesبا افزودن پلی اتر سولفون سولفونه شده (spes)با غلظت های متغیر (0، 3، 5، 10) درون محلول قالبی ساخته می شود. نتایج نشان می دهد که بازده با افزودن spes درون غشای ترکیبی افزایش می یابد در حالیکه شار بیودیزل راکتور غشایی تغییر چندانی نمی کند. نوع سوم غشای ترکیبی pes/mwcntsاست که با افزودن نانولوله های کربنی عامل دار شده درون محلول قالبی سنتز غشاء با غلظت های 0، 05/0، 5/0، 1، 2 درصد وزنی ساخته شده است.برای این غشاهای ترکیبی ، شار بیودیزل با افزودن mwcnts افزایش می یابد در حالیکه بازده آن تغییر چندانی نمی کند. در نوع چهارم سطح غشای پلی وینیلیدین فلوراید (pvdf) تجاری با استفاده از محلول نفیونی 5% برای آبگریزی بیشتر اصلاح گردیده است. به همین منظور غشاهای pvdf در محلول نفیونی برای زمان های غوطه وری مختلف (0، 3، 5، 7، 10 دقیقه) غوطه ور می شود. بازده تولید بیودیزل با افزایش زمان غوطه وری تا 10 دقیقه افزایش می یابد درحالیکه شار بیودیزل کاهش می یابد.

درگام اول این پروژه، غشاءهای پلی سولفونی الیاف میان تهی اولترافیلتراسیون به عنوان زیرلایه با استفاده از روش ریسندگی تر- خشک ساخته شد. در گام بعدی، غشاء مرکب الیاف میان تهی نانوفیلتر با استفاده از واکنش پلیمریزاسیون در فصل مشترک بین پیپرازین (%3 وزنی حجمی) به عنوان محلول فاز آبی و تری مزوئیل کلراید (%5/0 وزنی حجمی) به عنوان محلول فاز آلی بر روی زیرلایه ساخته و به سه شیوه مختلف اصلاح گردید. در شیوه اول، به ساخت و اصلاح غشای مرکب الیاف میان تهی نانوفیلتر با افزودن پیپرازین در محلول قالبی و به دنبال آن استفاده از روش پلیمریزاسیون در فصل مشترک پرداخته شده است. در این شیوه پس از ساخت غشای زیرلایه پلی سولفونی حاوی پیپرازین با اعمال روش پلیمریزاسیون در فصل مشترک اقدام به ساخت غشای مرکب شده و در نهایت اثر پیپرازین در ساختار غشای مرکب بر روی کارایی غشاء بررسی شد. در شیوه دوم، اقدام به ساخت و اصلاح غشای مرکب نانوفیلتر با استفاده از افزودنی تری اتیلن تترا آمین (5/0، 1، 2، 4 و 10% وزنی حجمی) به عنوان عامل آبدوست در فاز آبی واکنش پلیمریزاسیون در فصل مشترک شده و به بررسی اثر غلظت افزودنی بر کارایی غشاء پرداخته شده است. در شیوه سوم، از نانوذرات سیلیکا (005/0، 05/0، 1/0 و 5/0% وزنی حجمی) به عنوان افزودنی در فاز آبی واکنش پلیمریزاسیون در فصل مشترک در ساخت و اصلاح غشاء های نانومرکب استفاده شده است و اثر غلظت نانوذرات بر کارایی غشاء نانومرکب مورد ارزیابی قرار گرفت. غشاءهای ساخته شده با اسپکترومتر مادون قرمز، میکروسکوپ الکترونیی روبشی، اتمی و اندازه گیری آب دوستی سطح مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد، در شیوه جدید ساخت و اصلاح غشاءهای الیاف میان تهی مرکب که با حضور پیپرازین در زیرلایه به همراه اعمال روش پلیمریزاسیون در فصل مشترک صورت گرفت، میزان شار (l/m2hr 25/23) و پس زنی (%42/27) خوراک نمک (nacl) بهبود یافت. همچنین، نتایج حاصل از اصلاح غشاءهای مرکب الیاف میان تهی به کمک غلظت های مختلفی از عامل آب دوست تری اتیلن تترا آمین نشان داد که با افزایش غلظت تری اتیلن تترا آمین، میزان شار بهبود یافت. همچنین، نتایج حاصل از افزودن نانوذره سیلیکا نیز نشان می دهد که با افزایش غلظت نانوذره میزان پس زنی افزایش یافت. در نهایت با استفاده هم زمان از هر دو افزودنی (تری اتیلن تترا آمین 4% و نانوذرات سیلیکا 1/0%) میزان شار (l/m2hr 66/30) و پس زنی (%05/26) بهبود یافت.

در این پروژه ساخت غشای لایه نازک مرکب اسمز معکوس از طریق فرایند پلیمریزاسیون در فصل مشترک بین یک آمین و یک پلی آسیل کلراید مورد بررسی قرار گرفت. این غشا شامل سه لایه است که هرکدام توسط مکانیزم جداگانه ای تولید می شوند. یک لایه ی بسیار نازک پلی آمیدی که نقش اصلی را در عملکرد جداسازی غشا ایفا می کند، یک لایه ی متخلخل پلی سولفونی با ساختار اسفنجی که برای کار در فشار بالا الزامی است و یک لایه ی پلی استری. در این پروژه در مرحله ی اول برخی از پارامترهای موثر بر واکنش پلیمریزاسیون در فصل مشترک نظیر غلظت آمین، دمای واکنش و زمان غوطه وری در آمین مورد بررسی قرار گرفت. هرکدام از پارامترهای مذکور به طور جداگانه بر روی فلاکس و پس زنی تاثیر می گذارند. هرچه غلظت آمین کمتر، دما و زمان غوطه وری درمحلول آمینی بیشتر باشد، لایه ی پلی آمیدی چگال تری تشکیل می شود. بنابراین میزان پس زنی افزایش یافته و فلاکس عبوری از غشا مقداری منطقی خواهد داشت. با انجام آزمایشات مختلف مقادیر غلظت 5/0% وزنی، دمای 45 درجه ی سانتی گراد و زمان 3دقیقه به عنوان مقادیر بهینه برای پارامترهای مذکور انتخاب شدند. در مرحله ی بعد غشای اسمز معکوس توسط نانوذرات سیلیکا با اندازه ی ذره ی 15-20 نانومتر مورد اصلاح قرار گرفت. غلظت های 005/0 تا 5/0 درصد وزنی از نانوذره به محلول آمینی اضافه شد. نتیجه ی آنالیزftir و زاویه ی تماس حاکی از آن بود که نانوذرات با موفقیت روی سطح غشا قرار گرفته اند و میزان آبدوستی و مقاومت غشاها به گرفتگی به طور چشم گیری افزایش یافته است. تصاویر sem و afm نیز بیانگر حضور نانوذرات روی سطح غشا وافزایش میزان زبری سطح بود. در مرحله ی آخر غشاهای حاصل در دستگاه آنالیز جریان متقاطع قرار گرفتند تا عملکردشان با خوراک های متفاوت و در آزمایشات کوتاه و طولانی مدت مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج حاکی از آن بود که با اصلاح صورت گرفته، میزان فلاکس و پس زنی غشای اسمز معکوس به ترتیب از l/m2.h 92/29 و 48/90 % به مقادیر l/m2.h 65/43و314/90% تغییر یافته است.

در این پژوهش، نانوذرات کوپلیمر استایرن دی وینیل بنزن با قطری در محدوده 15 الی 90 نانومتر با روش پلیمریزاسیون رسوبی و با نسبت های مختلفی از مونومر و حلال های مختلف، تحت شرایط مشخص سنتز شد و همچنین مطالعات جذب برای حذف یون نیکل از محلول آبی با استفاده از کوپلیمر مورد نظر به عنوان ماده جاذب انجام شده است. رقیق کننده ها شامل دو گروه حلال خوب و بد می باشند. نرمال هپتان که یک نوع حلال بد برای مونومرهای استایرن و دی وینیل بنزن می باشد سبب ایجاد تخلخل و سطح ویژه زیاد در ذرات نهایی شد. نتایج آنالیزftir تأیید کننده تشکیل کوپلیمر بوده و با مقایسه نتایج sem و tem حاصل از سنتز کوپلیمر با حلال های مختلف مشخص شد که کوپلیمر مورد نظر با استفاده از نرمال هپتان نسبت به سایر حلال ها از نظر ساختاری دارای تخلخل و سطح ویژه بیشتری بوده است. همچنین مقادیر زیاد عامل پیوند عرضی باعث ریزتر شدن حفره ها و پایین آمدن حجم تخلخل و سطح ویژه خواهد شد. جهت فعال شدن کوپلیمر، ذرات حاصل را با سولفوریک اسید، سولفونه کرده و در نتیجه با ایجاد گروه فعال در سطح ذرات و در نتیجه حذف آلودگی با دو مکانیسم جذب و تبادل یون مقدار یون بیشتری قابل جذب می باشد. در بخش دوم برای حذف یون نیکل از آب، ابتداph بهینه برای حذف یون نیکل از محلول آبی 7.5 به دست آمد. غلظت بهینه نیکل ppm 10 و زمان بهینه 180 دقیقه شد که پس از عامل دار شدن، این زمان به 5 دقیقه کاهش یافت. ایزوترم های جذب فرندلیچ، لانگمویر، توس و یونیلان برای این فرایند بررسی شد. نتایج حاصل نشان داد، ایزوترم جذب تعادلی دو پارامتری فرندلیچ و مدل سه پارامتری توس مدل ایزوترم جذب را بخوبی توصیف می کنند. ظرفیت جذب (qmax) نیز برای یون های نیکل از لحاظ جذب تک لایه برای جاذب مورد نظر حدود mg/g 16بدست آمد. بررسی های ترمودینامیکی و سینتیکی نیز نشان داد که سینتیک شبه مرتبه دوم در این فرایند جذب از صحت بالاتری برخوردار بوده و فرایند مورد نظر گرماگیر بوده است.

اسیدلاکتیک یک ماده با ارزش و پرکاربرد است که هم به روش شیمیایی و هم به روش بیولوژیکی قابل تولید است. البته روش بیولوژیکی پرکاربردتر است. علیرغم پتانسیل زیاد برای تولید این ماده و نیز کاربردهای فراوان آن، هزینه تولید زیاد اسیدلاکتیک با خلوص بالا همواره یکی از چالش های اصلی تولید این ماده بوده است. در این تحقیق به بررسی تولید اسیدلاکتیک با استفاده از بیوراکتور غشایی پرداخته شده است. بدین منظور، ابتدا بهترین شرایط تولید اسیدلاکتیک از آب پنیر در سیستم ناپیوسته تعیین گردید. از میان چهار باکتری بررسی شده، باکتری لاکتوباسیلوس بولگاریکوس برای تبدیل منبع کربنی لاکتوز به اسید لاکتیک انتخاب گردید. پس از انتخاب این باکتری، سایر پارامترهای عملیاتی ازجمله دما، درصد مایع تلقیح، منبع نیتروژن و غلظت منبع کربنی بهینه سازی شد. حداکثر مقدار تولید اسیدلاکتیک از آب پنیر در سیستم ناپیوسته در شرایط بهینه، g/l 5/23 بوده است. درادامه یک بیوراکتور غشایی مجهز به همزن مکانیکی، سیستم کنترل و تنظیم دقیق دما با قابلیت تعویض سریع و آسان غشا، طراحی و ساخته شد. سپس به بررسی تولید پیوسته اسیدلاکتیک در بیوراکتور غشایی پرداخته و نتایج عملکرد آن با بیوراکتور سنتی تحت شرایط عملیاتی یکسان مقایسه گردید. به منظور انتخاب غشای مناسب، پنج غشای تجاری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد غشای nf-1 بهترین عملکرد را در جداسازی اسیدلاکتیک داشته است. بنابراین این غشا به عنوان غشای برگزیده در بیوراکتور غشایی مورد استفاده قرار گرفت. تولید اسید لاکتیک از آب پنیر به صورت پیوسته در شدت رقیق سازی 04/0 تا h-1 32/0 در بیوراکتور سنتی و غشایی انجام گرفت. حداکثر غلظت اسیدلاکتیک تولید شده در بیوراکتور پیوسته سنتی g/l 5/22 و در بیوراکتور غشایی g/l 5/40 در شدت رقیق سازی h-1 04/0 بدست آمد. حداکثر بهره دهی در بیوراکتور سنتی و پیوسته به ترتیب 4/3 و g/l.h 6/6 بوده است. تولید اسیدلاکتیک در غلظت های بالای منبع کربنی نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان داد غلظت بحرانی لاکتوز در بیوراکتور سنتی g/l 120 و در بیوراکتور غشایی g/l 150 بوده است و پس از این غلظت خاصیت بازدارندگی مشاهده شد. در مرحله آخر یک غشای لایه نازک پلیمری با روش پلیمریزاسیون در فصل مشترک ساخته و مورد ارزیابی قرار گرفت. مورفولوژی و توپوگرافی غشا با استفاده از آنالیزهای sem و afm مورد بررسی قرار گرفت. همچنین عملکرد غشا در جداسازی اسیدلاکتیک نیز مورد ارزیابی قرار گرفت و در نهایت از این غشا در بیوراکتور غشایی به منظور تولید اسیدلاکتیک استفاده گردید. حداکثر غلظت اسیدلاکتیک تولید شده برابر g/l 5/38 و حداکثر بهره دهی نیز g/l.h 9/5 بدست آمد. نتایج این تحقیق نشان داد استفاده از بیوراکتور غشایی سبب افزایش بهره دهی اسیدلاکتیک تولیدی، افزایش غلظت سلولی، رفع ممانعت بیولوژیکی سوبسترا و محصول و افزایش میزان تولید اسیدلاکتیک می گردد. همچنین بیوراکتور غشایی در غلظت های بالای منبع کربنی، قادر به تولید اسیدلاکتیک می باشد.

غشاهای پلی سولفون و پلی اتر سولفون به دلیل مقاومت شیمیایی عالی، خواص حرارتی و مکانیکی خوب به طور وسیعی در فرآیندهای الترافیلتراسیون مورد استفاده قرار می گیرند، اما به دلیل خاصیت آبگریزی ذاتی آن ها، مولکول های پروتئین روی سطح و حفره های غشا جذب می شوند و سبب گرفتگی جدی و کاهش شار می شوند. بر همین اساس هدف این پروژه اصلاح خواص سطحی و ساختاری غشاهای پلی سولفون و پلی اتر سولفون می باشد. به همین منظور سه نوع غشاهای اصلاح شده ساخته شدند. در نوع اول غشا آبگریز پلی سولفون با دو پلیمر بسیار آبدوست کیتوسان و پلی وینیل الکل با روش پوشش دهی، اصلاح سطح شدند. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی(fesem)و مطالعات طیف مادون قرمز غشاهای اصلاح شده در مقایسه با غشاهای اصلاح نشده نشان می دهد که کیتوسان و پلی وینیل الکل به خوبی روی سطح غشا پلی سولفون پوشش داده شدند. نتایج اندازه گیری زاویه تماس آب و میکروسکوپ نیروی اتمینشان داد که آبدوستی و صافی سطح غشا پلی سولفون به طور قابل ملاحظه ای بهبود پیدا کرد. افزایش زمان پوشش و غلظت پوشش دهنده، سبب بهبود میزان پس زنی و کاهش شار گردید. آزمایشات اولترافیلتراسیون نشان داد عملکرد غشا پلی سولفون اصلاح شده با فرآیند پوشش دهی به مقدار قابل توجهی بهبود یافت.در این میان غشا uf-p0.2(اصلاح شده با محلول 0/2درصد وزنی پلی وینیل الکل و زمان غوطه وری 2 دقیقه) با شارl.m-2.h-205/4، میزان پس زنی %96/6، بازگشت شار %81 و مقاومت برگشت ناپذیر%19 و هم چنین غشا uf-c0.075 (اصلاح شده با محلول 0/075درصد وزنی کیتوسان و زمان غوطه وری 20 ثانیه) با شار l.m-2.h-150/175، میزان پس زنی %98/7، بازگشت شار %84 و مقاومت برگشت ناپذیر %16 بهترین عملکرد را در بین سایر درصدها از خود نشان دادند. در نوع دوم از غشاهای اصلاح شده، تاثیر نانوساختار سالیسیلات آلوموکسان در محلول قالبی پلی سولفون بر روی آبدوستی، عملکرد، ساختار و خواص ضدگرفتگی غشای ساخته شده بررسی شد. نتایج نشان داد، زمانی که غلظت نانوساختار 0/1 درصد وزنی باشد، شار آب خالص غشاها به بیش ترین مقدار، حدود l.m-2.h-1300 می رسد. غشا 1 درصد وزنی سالیسیلات آلوموکسان در محلول قالبی به دلیل عملکرد بهینه در شار به میزان l.m-2.h-143/12، پس زنی %99/3، بیش ترین بازگشت شار (%87) و کم ترین مقاومت برگشت ناپذیر (%13) انتخاب می شود. در نوع سوم، کیتوسان عامل دار شده با ترکیب درصد وزنی مختلف با محلول قالبی پلی اتر سولفون مخلوط شده و غشاهای جدیدی ساخته شدند. نتایج اندازه گیری زاویه تماس آب نشان داد که آبدوستی غشا پلی اتر سولفون به طور قابل ملاحظه ای بهبود پیدا کرد. با افزودن 1 درصد وزنی کیتوسان عامل دار به محلول قالبی پلی اتر سولفون، شار محلول حاوی bsaاز l.m-2.h-16/105 به l.m-2.h-139/15 و میزان پس زنی از %96/2 به %98/8 افزایش یافت. میزان بازگشت شار غشاهای اصلاح شده در مقایسه با غشاهای اصلاح نشده، %42 افزایش و مقاومت برگشت ناپذیر%33 کاهش یافت که خواص ضد گرفتگی خوبی را در غشاهای اصلاح شده نشان می دهد.

تصفیه پیشرفته پساب آب پنیر (cww) توسط فرایند ترکیبی ناپیوسته بیوراکتور غشایی (mbr) و جذب سطحی مورد مطالعه قرار گرفت. در قسمت اول این مطالعه، فرایند های جذب سطحی، لجن فعال (as) و فرایند ترکیبی لجن فعال و جذب سطحی (as-pac) ارزیابی شدند. داده های تعادلی و سینتیکی مربوط به جذب سطحی مواد آلی موجود در cww بر روی سه نوع کربن فعال پودری (pacs)، توسط هم دمای لانگمیر-فرندلیچ و مدل شبه درجه دوم توصیف شدند. نتایج نشان داد که در غلظت های مختلف از cod، فرایند as-pac عملکرد بهتری را نسبت به فرایند as داشت. نتیجه قابل توجه در mg/l cod 7500 و با g/l 4 از جاذب سورگوم جارویی (bspac) مشاهده شد؛ به گونه ای که حذف cod از 3/52% برای as به 8/63% برای as-pac افزایش یافت. همچنین در این قسمت، احیای بیولوژیکی pac در فرایند as-pac توسط مدل سازی رفتار دینامیکی فرایندهای as، جذب سطحی و as-pac در قالب مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل مرتبط اثبات شد. در قسمت دوم، غشاهای پلی سولفونی نانو حفره ساختار ترکیبی با bspac (mm-bspac/ps) سنتز شدند و ساختار آنها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی، میکروسکوپ نیروی اتمی و آنالیز کننده سطح فعال مشخص شد. همچنین نتایج عملکرد و رفتار گرفتگی آنها در تصفیه cww نشان داده است که برای غشای mm-bspac/ps 5/0% شار آب خالص و حذف مواد آلی به ترتیب تقریبا l/m2h 95 و 44% بود. نسبت گرفتگی برگشت ناپذیر(rir) در غشای mm-bspac/ps 5/0% در حدود 17% بود که این مقدار از rir دیگر غشاها بیشتر بود؛ در حالیکه برای این غشا، شار cww، l/m2h 95 بود. همچنین تکنولوژی پیش پوشش دهی با pac برای افزایش بازده تصفیه استفاده شد. غشای mm-bspac/ps پوشش دهی شده با bspac g/m2 30، توانست rir را تا 2% کاهش دهد. این تکنولوژی حذف cod و شار cww را نیز به ترتیب تا مقدار 95% و l/m2h 130 افزایش داد. در نهایت، فرایند ترکیبی ناپیوسته mbr و جذب سطحی برای تصفیه پیشرفته cww با mg/l cod 10000 راه اندازی شد. پس از پیش تصفیه با فرایند انعقاد، cww به فرایند as-pac وارد شد و cod تا mg/l 2300 کاهش یافت. سپس برای تصفیه پیشرفته cww، از سیستم ترکیبی غشایی mm-bspac/ps پوشش دهی شده باbspac g/m2 30 استفاده شد و در انتهای فرایند ترکیبی، cod به mg/l 130 رسید.

اسمز مستقیم از فناوری های نوین غشایی می باشد که در حوزه های مختلف کاربردهای تمک زدایی، صنایع غدایی، تصفیه فاضلاب . .... مورد اسافاده قرار می گیرد. این فرآیند بر خلاف فرایند های غشایی دیگر به فشار عملیاتی نیاز ندارد.

فرآیند اسمز مستقیم به دلیل کاهش مصرف انرژی در نمک زدایی مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. اما قطبش غلظتی داخلی، به عنوان یکی از محدودیت هایی که می تواند فلاکس آب عبوری از غشا اسمز مستقیم را به مقدار قابل توجهی کاهش دهد، در نظر گرفته می شود. در این پروژه غشا لایه نازک کامپوزیتی به منظور استفاده در فرآیند اسمز مستقیم به روش پلیمریزاسیون سطحی بر روی زیرلایه پلی سولفونی سنتز شد. شرایط مختلف ساخت غشا، شامل غلظت پلیمرها و نانو ذرات سیلیکا مورد بررسی قرار گرفتند. غشاهای ساخته شده با اسپکتومتر مادون قرمز، میکروسکوپ الکترونی روبشی، اتمی و اندازه گیری آب دوستی سطح مورد بررسی قرار گرفت. عملکرد فرآیند اسمز مستقیم با استفاده از محلول ده میلی مولار نمک سدیم کلراید به عنوان خوراک و محلول دو مولار نمک سدیم کلراید به عنوان محلول اسمزی در هر دو جهت گیری اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت پلی سولفون و پلی وینیل پیرولیدون سبب بهبود میزان پس زنی نمک و فلاکس آب اسمزمستقیم گردید. در بهینه ترین شرایط ساخت غشا (16 در صد وزنی پلی سولفون و 2 در صد وزنی پلی وینیل پیرولیدون) میزان پس زنی 82% و فلاکس آب l/m2h 45/9 حاصل گردید. زیرلایه های نانو کامپوزیتی با اضافه کردن مقادیر مختلفی از نانو ذرات سیلیکا (از 0 تا 4 درصد وزنی) درون ماتریکس پلیمری آماده شدند. زیر لایه های نانو کامپوزیتی سنتز شده از لحاظ آبدوستی، زبری، مورفولوژی مقطع عرضی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داده است با افزایش غلظت نانو ذرات سیلیکا آبدوستی و زبری زیر لایه افزایش یافته است و همچنین ساختار انگشت گون در زیرلایه ها نیز گسترش یافته است. سپس لایه نازک پلی آمیدی بوسیله پلیمریزاسیون در فصل مشترک روی سطح زیر لایه های نانو کامپوزیتی ساخته شد و نتایج نشان داده است تراوایی آب در غشا با زیر لایه نانو کامپوزیتی در مقایسه با غشا با زیر لایه پلی سولفونی بهبود یافته است. در بهترین حالت فلاکس آب اسمز مستقیم غشاها با زیر لایه نانو کامپوزیتی l/m2h57/17 که تقریبا دو برابر غشا با زیر لایه پلی سولفونی می باشد. افزایش تراوایی آب می تواند به کاهش پارامتر ساختاری غشا و در نتیجه کاهش پدیده قطبش غلظتی در غشا نسبت داده شود. براساس نتایج بدست آمده در این پروژه می توان نتیجه گرفت که اضافه کردن مقادیر مناسبی از نانوذرات سیلیکا در زیر لایه پلی سولفونی می تواند عملکرد غشاهای لایه نازک کامپوزیتی را در فرآیند اسمز مستقیم بهبود بخشد.

اسمز مسمتقیم یک فرآیند جداسازی نوین غشایی در زمینه نمکزدایی می باشد. هرچند، به کارگیری حل شونده اسمزی مناسب یکی از چالشهای اسمز مستقیم محسوب می گردد. در این پژوهش نانوذرات مگنتیت آبدوست با استفاده از روش همرسوبی سنتز شده و عملکرد آنها به عنوان محلول اسمزی در سیستم اسمزمستقیم مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور افزایش پایداری و قابلیت پر اکندگی نانوذرات مگنتیت، ازاسکوربیک اسید، کیتوسان، نشاسته و پل وینیل الکل به عنوان عوامل عاملدار کننده به کار گرفته شد.

تراوش پذیری و انتخاب پذیری غشاهای پلیمری دو پارامتر مهم در هنگام استفاده از غشاها در فرآیندهای جداسازی گازی هستند. به همین دلیل بحث اصلاح و بهبود غشاها جهت افزایش این دو پارامتر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق بمنظور بهبود عملکرد غشاهای پلیمری از نانوفیبرهای کربنی(به قطر 100 نانومتر و طول 200-20 میکرومتر) و نانوذرات دی اکسید تیتانیوم(با اندازه متوسط ذرات 25 نانومتر) در ساختار غشاء شبکه آمیخته استفاده شده است. نانومواد با غلظت های مختلف به محلول قالبی پلی سولفون اضافه شدند و ساختار و عملکرد غشاها از نظر تراوش پذیری و انتخاب پذیری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد حضور نانومواد تاثیر بسیاری بر عملکرد غشا دارد بطوری که با افزایش درصد این نانومواد، انتخاب پذیری غشای شبکه آمیخته افزایش می یابد. علاوه بر آن برای حل مشکل تجمع و رسوب نانوذرات در ساختار پلیمری غشا، از روش پیوند زدن گروههای عاملی بر روی نانو مواد استفاده شد.

جذب سطحی بستر توسعه یافته به عنوان یک روش جامع که برای جداسازی محصولات بیولوژیکی از خوراک بیولوژیکی غیرشفاف مورد استفاده قرار می گیرد، نسبت به سایر روش های جداسازی مزیت قابل توجهی دارد. این روش با تجمیع مراحل سانتریفیوژ، تغلیظ سازی و فیلتراسیون باعث کاهش مراحل جداسازی و کاهش هزینه های سرمایه گذاری و افزایش بازده خالص سازی می شود. برای ایجاد یک بستر توسعه یافته ی پایدار ساختار شیمیایی با ویژگی های مناسب ضروری است. بسیاری از خواص مهم در جاذب های بستر توسعه یافته مانند پایداری مکانیکی و شیمیایی، تخلخل، محتوای آب و ظرفیت جذب دینامیکی به لایه ی پلیمری پوشاننده ساختار شیمیایی وابسته است. در این تحقیق با مطالعه بر روی انواع پلیمرهای زیستی، برای اولین بار ساختار شیمیایی جدید کاپاکاراگینان-روی با پوشش 4% پلیمر کاپاکاراگینان بر روی پودر روی با حفرات نانویی بر مبنای روش امولسیون آب در روغن طراحی و آماده سازی شده است. مورفولوژی ذرات آماده شده با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی پویشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ذرات آماده شده دارای شکل کروی مناسب و توزیع اندازه ی ذرات در بازه ی µm50-320 و قطر متوسط µm 8/158-9/215، اندازه ی حفرات در بازه ی nm 60-180، دانسیته ی مرطوب g/ml 39/1-27/2، درصدآب 67/72-41/36 و میزان درصد تخلخل 07/98-24/80 می باشند. پس از بررسی ویژگی های فیزیکی عملکرد ذرات آماده شده در بستر توسعه یافته با استفاده از روش rtd مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که در یک سرعت جریان ثابت با افزایش دانسیته ی جاذب ضریب بسط بستر کاهش یافته است. با افزایش دانسیته ضریب پراکندگی محوری در بستر افزایش یافته است. بررسی نتایج حاصل نشان داد که ساختار شیمیایی کاپاکاراگینان-روی دارای ویژگی های بسط مناسب بوده و در بستر توسعه یافته پایداری مناسبی از خود نشان داده است و برای کاربرد به عنوان فاز جامد بستر توسعه یافته برای سرعت جریان های بالا مناسب است. در پایان ویژگی های فیزیکی و هیدرودینامیکی ساختار شیمیایی کاپاکاراگینان-روی با جاذب تجاری streamline deae مقایسه شد. نتایج به دست آمده ویژگی های بسط بهتر و تشکیل بستر پایدارتر با استفاده از ساختار شیمیایی کاپاکاراگینان-روی را نسبت به جاذب تجاری streamline deae نشان داد. واژه های کلیدی: بستر توسعه یافته، ساختار شیمیایی کاپاکاراگینان-روی، خالص سازی، ویژگی هیدرودینامیکی، محصولات بیولوژیکی

چکیده ندارد.