طراحی و ساخت غشا نانو فیلتراسیون بر پایه پلی اتر سولفون/ پلی دی متیل سیلوکسان برای جداسازی اتانول از آب به روش تراوش تبخیری

تراوش تبخیری یکی از مهم ترین و مشکل ترین فرآیندهای جداسازی غشایی است که در آن غلظت کم ماده مورد نظر همراه با انجام یک تغییر فاز از محلول خوراک جدا می گردد. استفاده از غشاهای نانوفیلتراسیون به دلیل خصوصیات ویژه در جداسازی محلولهای آب/ اتانول شامل شار بالا ، نفوپذیری و استحکام مناسب غشاء در مقابل خلاء موجود درسیستم گزینه مناسبی جهت سیستم تراوش تبخیری می باشد. هدف از این پروژه طراحی و ساخت غشاهای کامپوزیت بر پایه ی پلی اترسولفون/ پلی دی متیل سیلوکسان برای جداسازی اتانول از آب به روش تراوش تبخیری است که بدین منظور ابتدا چند ساختار مختلف از pes و افزودنی های مختلف (peg,pvp,nacl,sio2) ساخته شد و پس از آزمایش اولترافیلتراسیون برای تعیین فلاکس آب خالص و آزمایش هایی از قبیل تعیین تخلخل، آب دوستی و تعیین ساختار غشا با استفاده از تصاویر sem و afm ، بهترین نتایج به غشای pes.pvp تعلق گرفت و این غشا به عنوان زیر لایه اصلی انتخاب گردید. سپس ساخت غشای pdms به عنوان لایه فعال غشای کامپوزیت، بهینه شده و ساختارهای مختلفی از 2 نوع pdms با ویسکوزیته متفاوت و pdms با درصدهای مختلفی از فیلر sio2 آب گریز ساخته شدند. در این مرحله نیز با استفاده از تصاویر sem و afm بررسی ساختار سطح غشا انجام شده و میزان زبری سطح نیز محاسبه شد. همچنین متوسط ابعاد حفره ها و توزیع ابعاد حفره ها توسط نتایج حاصل از afm و با استفاده از نرم افزارهای ریاضی تعیین و نمودار آنها ترسیم شد. نتایج حاصل حاکی از توفیق پروژه در ساخت غشاهایی با ابعاد نانو (غشای نانوفیلتراسیون) می باشد. نهایتاً کارایی غشاهای کامپوزیت طراحی شده، توسط فرآیند تراوش تبخیری به منظور جداسازی اتانول از آب مورد ارزیابی قرار گرفت. در بررسی اثر پارامتر عملیاتی غلظت خوراک، افزایش شار کلی تراوش، شار اتانول و شار آب و کاهش فاکتور جداسازی در برابر افزایش غلظت اتانول در خوراک مشاهده شد. همچنین نتایج آزمایش ها نشان داد که افزایش پارامتر عملیاتی دما باعث بهبود عملکرد غشا می شود به نحوی که افزایش دمای خوراک موجب افزایش همزمان انتخاب پذیری و شار تراوش می گردد. علاوه براین مشاهده شد که شار تراوش طبق رابطه آرنیوس با دما ارتباط دارد و از این رابطه، انرژی اکتیواسیون تراوش تبخیری برای اتانول kj/mol 66/37 و برای آب kj/mol 81/32 بدست آمد. که در مقایسه با کارهای مشابه نشان می دهد که فرآیند انرژی کمتری را صرف نموده است. در ارزیابی کارایی غشاهای کامپوزیت با پایه های مختلف در سیستم تراوش تبخیری، به علت ثابت بودن سطح، فاکتور جداسازی غشاها تفاوت چشمگیری با یکدیگر نداشتند اما غشای pdms/pes.peg بالاترین میزان شار تراوش را از خود عبور داد. در بین غشاهای کامپوزیت حاوی فیلر آب گریز sio2 که در سیستم تراوش تبخیری مورد سنجش قرار گرفت، غشای حاوی 5 درصد فیلر توانست بالاترین فاکتور جداسازی را از خود نشان دهد. بررسی تأثیر ویسکوزیته pdms نشان داد که هرچه ویسکوزیته کمتر باشد، غشای کامپوزیت حاصل کارایی بالاتری در تراوش تبخیری نشان خواهد داد.