جداسازی مواد توسط غشا ها از فرایند های ضروری در صنعت و زندگی انسان به شمار می رود. در این میان غشاهای حامل گروههای عاملی باردار از انواع پیشرفته این اجزای جداسازی می باشند. این غشاها که تحت عنوان غشاهای تعویض یون نیز معروف هستند، به صورت گسترده در فرایند های موسوم به الکتروممبرین مورد استفاده قرار می گیرند. این غشاها می توانند دارای بار منفی یا مثبت وساختار متخلخل یا غیر متخلخل باشند. کار ویژه غشاهای تعویض یون جداسازی مطلوب یونها با مصرف انرژی پایین است. صرف نظر از بار الکتریکی، غشاهای تعویض یون می توانند در دو دسته بزرگ همگن و ناهمگن نیز دسته بندی شوند. مهمترین ویژگیهایی که برای یک غشاء تعویض یونی مطلوب باید مورد توجه قرار گیرد عبارتند از: انتخابگری بالا، پایداری مکانیکی و شیمیایی مناسب و مقاومت الکتریکی پایین. در این تحقیق انواع جدیدی از غشاهای تعویض یون با روش تغییر فاز تهیه شده و سعی بر این بوده است که کارایی نسبی گروههای عاملی در این سری از غشاها، برای استفاده در فرایند الکترودیالیز آزمایشگاهی افزایش یابد. بدین منظور غشاهای تعویض یونی دست ساز (هم از نوع گروه عاملی دارای بار مثبت و هم از نوع گروه عاملی دارای بار منفی) با استفاده از پلیمرهای مختلف تهیه شد و تاثیر چند عامل مهم (اولتراسونیک ، نسبت اختلاط پلیمری، درصد رزین در ساختار غشاهای ناهمگن، و نیز حضور مواد افزودنی) بر روی کارایی گروههای عاملی آنها بررسی گردید. درکار نخست با استفاده از مخلوط اس- پلی وینیل کلراید (s-pvc) و پلی کربنات تجاری(pc) در نسبتهای مختلف، غشاهای تعویض کاتیونی هتروژن تهیه شد. در غشاهای تهیه شده سازگاری بسیار خوبی بین زنجیرهای پلیمری دونوع پلیمر مشاهده شد. علاوه بر این تاثیر نسبتهای مختلف اختلاط پلیمری بر روی خواص الکترو شیمی و خواص ساختاری غشاها نشان داده شده است. در کار دوم تاثیر میزان رزین روی ساختار و خواص مکانیکی و الکتروشیمیایی غشاهای هتروژن بررسی شده است. در این کار از s-pvc و پودر رزین تعویض کاتیونی و حلال تترا هیدروفوران برای تهیه غشاها استفاده شد. همچنین خواص الکتروشیمیایی غشاهای تهیه شده در محلول الکترولیت حاوی یونهای تک ظرفیتی(سدیم کلراید) و دوظرفیتی( باریم کلراید) به منظور مشاهده انتخابگری غشاهای تهیه شده در مقابل انواع متفاوت از یونهای متضاد، مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. در کار بعدی تاثیر کربن فعال، به عنوان یک ماده افزودنی معدنی، و نیز اثر استفاده از امواج صوتی، بر روی ساختار و کارایی غشاهای تعویض یونی دست ساز بررسی شده است. در این کار غشاهای تعویض آنیونی هتروژن با استفاده از مخلوط پلیمری s-pvc و sbr ( استایرن بوتادی ان رابر)، پودر رزین تعویض آنیونی و حلال تتراهیدروفوران تهیه شدند. کار چهارم در ارتباط با تاثیر سدیم دودسیل سولفات (sds) به عنوان یک ماده افزودنی آلی، در ساختار و خواص غشاهای تعویض کاتیونی انجام شده است. در این بررسی مخلوط پلیمری s-pvc و sbr ، پودر رزین تعویض کاتیونی ، sds و حلال تتراهیدروفوران برای تهیه غشاهای ناهمگن تعویض یونی مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این برای توزیع بهتر ذرات و جلوگیری از تجمع آنها، مخلوط حاوی ذرات رزین، sds و محلول پلیمرها قبل از کشیده شدن بر روی شیشه به مدت سی دقیقه در معرض امواج صوتی قرار گرفت. مازاد بر کارهای فوق درتهیه غشاهای ناهمگن و تلاش در جهت افزایش کارایی گروههای عاملی آنها، کار نهایی به منظور تهیه غشاهای تعویض کاتیونی همگن با خواص مناسب برای استفاده در شرایط سخت ( همچون فرایند کلرالکالی) انجام شده است. این غشاها با استفاده از پلی وینیلیدن دی فلوراید(pvdf) و سولفونیل پلی 2و6 - دی متیل 1و4- فنیلن اکسید(sppo) تهیه شد. به منظورافزایش سازگاری بین pvdf وsppo برای تهیه این نوع جدیداز غشاهای همگن، مواد شیمیایی مختلف استفاده شد. سپس غشاهای پلیمری با استفاده از pvdf اصلاح شده وsppo تهیه گردید و ویژگیهای مهم برای غشاهای تعویض کاتیونی بر روی آنها مورد بررسی قرار گرفت.

در این مطالعه حذف نیترات از محلول¬های آبی با استفاده از غشاء ناهمگن بر پایه پلی وینیل کلراید (pvc) و پلی کربنات (pc) در سیستم گسسته مورد بررسی قرار گرفته است. اثر عوامل مؤثر شامل: ph، مقدار جاذب، غلظت اولیه نیترات و مدت زمان تماس ارزیابی شده است. روش رویه پاسخ (rsm) و طرح باکس-بنکن جهت یافتن شرایط بهینه برای رسیدن به بیشترین بازده حذف (%r) و ظرفیت جذب(q) نیترات مورد استفاده قرار گرفت. شرایط مطلوب برای بهینه¬سازی همزمان بازده حذف و ظرفیت جذب تعیین شده است. در بررسی همدماهای تعادلی، داده¬های تجربی به خوبی توسط همدمای لانگمویر( 994/0=r^2) توصیف شد و ماکزیمم ظرفیت جذب در مدل خطی و غیرخطی به ترتیب برابر 85/23 و 19/24 میلی¬گرم بر لیتر جاذب بود. سینتیک فرایند جذب از مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم به خوبی (9925/0=r^2) پیروی می¬کند. میزان درصد واجذبی توسط سدیم کلرید، سدیم برومید و استیک اسید کم بود. حضور یون¬های فسفات، سولفات و کلرید در محلول اثر قابل ملاحظه-ای بر بازده حذف نداشت. در بخش دوم از غشاء ناهمگن برای حذف یون سرب از محلول¬های آبی استفاده شد. به منظور بهینه¬سازی شرایط جذب برای رسیدن به بیشترین درصد حذف (%r) از طرح آماری آزمایش استفاده شد. طرح مرکب مرکزی مرکز وجهی برای مطالعه اثر متغیرهای مستقلی مانند ph، مقدار جاذب، غلظت اولیه سرب و زمان تماس مورد استفاده قرار گرفت که همه این عامل¬ها و برهمکنش¬های آن¬ها در سطح اطمینان 95% معنی دار شناخته شد و یک مدل رگرسیونی مناسب جهت حذف سرب با استفاده از روش رویه پاسخ (rsm) ارائه گردید. با استفاده از تحلیل واریانس و دیگر آزمون¬های آماری مانند آزمون عدم برازش، توزیع باقیمانده¬ها، اعتبار مدل ارزیابی و در نهایت تایید شد. به منظور توصیف فرایند جذب همدمای لانگمویر، فروندلیچ و توچ مورد بررسی قرار گرفت که مدل لانگمویر (985/0=r^2) بهتر از دیگر همدماها با داده¬های تعادلی منطبق می¬شود. سینتیک فرایند جذب از مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم (1=r^2 ) به خوبی پیروی می¬کند.حضور یون¬های منیزیم، کلسیم و سدیم اثر قابل ملاحظه¬ای بر بازده حذف نداشت.

در این مطالعه از غشای تبادل یون بر پایه¬ی (poly phenylen oxide) سولفونه شده و (poly vinyliden fluoride) اصلاح شده به عنوان جاذب جدید برای حذف یون سرب از محلول¬های آبی در سیستم گسسته استفاده شده است. تاثیر عوامل موثر مانند ph، دما، مقدار جاذب، غلظت اولیه یون فلزی و زمان تماس بر میزان حذف مورد بررسی قرار گرفت. روش رویه پاسخ(rsm) و طرح باکس-بنکن جهت یافتن شرایط بهینه برای رسیدن به بیشترین ظرفیت جذب (q) و بازده حذف(%r) یون سرب مورد استفاده قرار گرفت. اثرات اصلی و متقابل بین عامل¬ها بررسی و برای پاسخ بازده حذف مدل تجربی بدست آمد. و با به کارگیری تحلیل واریانس (anova)، آزمون عدم برازش و توزیع باقی¬مانده¬ها، اعتبار و شایستگی مدل بررسی شد. همچنین شرایط بهینه¬ی جذب شامل: مقدار جاذب (m)، ph، غلظت اولیه یون سرب ( ) و زمان تماس (t) بدست آمد. به منظور توصیف رفتار تعادلی برهمکنش جاذب-جذب شونده، همدماهای لانگمویر و فروندلیچ، ردلیچ-پترسون (r-p)، ترکیب لانگمویر- فروندلیچ و سیپس بررسی شدند. سینتیک فرایند جذب یون سرب توسط جاذب استفاده شده از مدل سینتیکی درجه دوم تبعیت می¬کند. بررسی پارامترهای ترمودینامیکی (?s?،g?? و h??) بررسی و محاسبه شد. همچنین اثر نمک¬های نیترات منیزیم، نیترات کلسیم، نیترات سدیم و نیترات پتاسیم بر روی بازده حذف بررسی شد. در نهایت به منظور شناسایی گروه¬های عاملی درگیر در فرایند جذب، طیف ft-ir ثبت و بررسی شد. در بخش دوم نانو سیلیکا به عنوان جاذبی موثر و جدید برای حذف رنگ مالاچیت سبز از محلول¬های به روش گسسته مورد استفاده قرار گرفت. به منظور بهینه¬سازی شرایط جذب برای رسیدن به بیشترین درصد حذف (%r) از طرح آماری آزمایش استفاده شد. طرح مرکب مرکزی برای مطالعه اثر سه عامل اصلی و تاثیرگذار بر فرایند حذف رنگ شامل: ph، مقدار جاذب (m) و غلظت اولیه رنگ (c0) مورد استفاده قرار گرفت که همه¬ی این عوامل و برهمکنش¬های آن¬ها در سطح اطمینان 95% معنی¬دار شناخته شده و یک مدل رگرسیونی مناسب جهت حذف رنگ مالاچیت سبز با استفاده از روش رویه پاسخ (rsm) ارائه گردید. با استفاده از تحلیل واریانس و دیگر آزمون¬های آماری مانند آزمون عدم برازش، توزیع باقی-مانده¬ها، اعتبار مدل ارزیابی و در نهایت تایید شد. به منظور توصیف فرایند جذب، همدماهای لانگمویر و فروندلیچ در دو شکل خطی و غیرخطی مورد بررسی قرار گرفت که مدل لانگمویر بهتر از همدمای فروندلیچ با داده¬های تعادلی منطبق می¬شود.

در این مطالعه ،غشاهای آنیونی بر پایه ی پلی وینیل کلرید و پلی کربنات به روش قالبگیری محلول پلیمری ، تهیه و بهینه سازی شدند. وسپس تأثیر نانوذرات سیلسیم اکسید بر خواص الکتروشیمیایی غشاء در محلول یونهای کلرید و نیترات مورد بررسی قرار گرفت.