توصيفگر ها :
غشاء سراميكي , بازيابي آب , فنل , تراوش تبخيري , رزين فنليك , پوشش دهي غوطه وري
چكيده فارسي :
با توجه به سمي بودن آلاينده فنل در محيطهاي آب روشهاي متعددي جهت جداسازي اين آلاينده از آب به كار رفته است. يكي از روشهاي مورد استفاده براي اين منظور فرآيند غشايي تراوش تبخيري ميباشد. از آنجا كه غشاء كليديترين عامل در تعيين عملكرد فرآيندهاي غشايي است، هدف اين پژوهش ساخت غشاء مركب پليمري/سراميكي و ارزيابي عملكرد آن در فرآيند تراوش تبخيري ميباشد. لذا به اين منظور ابتدا پايه سراميكي با هندسه لولهاي به روش قالب ريزي ژلي ساخته شد و سپس پايه سراميكي ساخته شده توسطي محلولي شامل رزين نوالاك پوشش داده شد. در فرآيند ساخت پايه سراميكي مقدار بهينه عامل پراكنده ساز براي يك سوسپانسيون 50% وزني آلومينا، 34/0 گرم داروان به ازاي 100 گرم آلومينا تعيين شد. همچنين مقدار بهينه ي عامل ژل ساز و تأثير آن بر درصد تخلخل قطعه مورد بررسي قرار گرفت و به ازاي مقدار بهينه 8% وزني ژلاتين به ازاي آب نهايي استفاده شده، درصد تخلخل در حدود 51% به دست آمد. همچنين با توجه به اين كه جهت خشك كردن اوليه قطعات سراميكي از روش دسيكانت مايع كه شامل پلي اتيلن گلايكول (PEG) و اتانول يا آب بوده استفاده شد، آزمايشهايي جهت كنترل سرعت خشك كردن قطعات براي دستيابي به قطعهاي فاقد هر گونه عيب و نقص انجام گرديد. با توجه به اين كه PEG داراي گروههاي عاملي آبدوست همچون گروه هيدروكسيلي ميباشد، در اين آزمايشها تأثير عواملي همچون وزن مولكولي پلي اتيلن گلايكول و غلظت كه تعيين كننده مقدار و اثر حضور گروههاي هيدروكسيلي است، بر سرعت خشك كردن مورد بررسي قرار گرفت. پس از انجام آزمايشها، مقدار غلظت بهينه محلول دسيكانت شامل اتانول وPEG 4000، 1/.% به دست آمد. در مرحله بعد، براي اصلاح سطح پايههاي ساخته شده با استفاده از روش پوشش دهي غوطه وري، تأثير عواملي همچون غلظت محلول پليمري، زمان غوطه وري در محلول و سرعت بالا كشيدن از آن مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد مقادير بهينه جهت ايجاد يك لايه يكنواخت و متراكم براي محلول 60% وزني نوالاك، زمان ماند 60 ثانيه و سرعت mm/min 5 بود. پس از ساخت غشاء بهينه شده، آزمونهاي مشخصه يابي ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميدان (FESEM)، طيف سنجي پراكندگي انرژي پرتو ايكس (EDS) و زاويه تماس (WCA) براي مشخصه يابي بيشتر غشاء انجام شد. نتايج آزمون FESEM ايجاد يك لايه متراكم بر روي پايههاي سراميكي را تاييد كرد. همچنين نتايج EDS و WCA با نشان دادن عناصر روي سطح و تغيير زاويه تماس از 22 تا 83 درجه، كيفيت مطلوب فرآيند لايه نشاني را نشان داد. در نهايت آزمايشهاي جداسازي آب از فنل در فرآيند تراوش تبخيري جهت بررسي عملكرد غشاء انجام شد و تأثير غلظت و دماي خوراك مورد بررسي قرار گرفت. بر اساس نتايج حاصل، در كمترين مقدار غلظت (ppm1000) و بيشترين دما (C ֯ 75) غشاء داراي بيشترين ميزان شار و شاخص جداسازي آب به فنل بود. در اين شرايط مقادير kg/m2.h 12، 89/29 و kg/m2.h 68/346 به ترتيب براي شار عبوري، شاخص جداسازي آب و شاخص تراوش تبخيري به دست آمدند.
چكيده انگليسي :
Due to the toxicity of phenol pollutants in aqueous media, different methods are being used to separate this pollutant from water. One of the methods used for this purpose is pervaporation membrane process. Since the membrane is the most important key factor in determining the performance of membrane processes, the aim of this research was to make a ceramic/polymer composite membrane by using phenol-formaldehyde resin and evaluation of its performance in the pervaporation process. For this purpose, a tubular ceramic support was first made by the gel casting method, and then it was coated with a solution containing novolac resin. In the process of making the ceramic support, the optimal amount of dispersing agent for a 50wt.% alumina suspension by weight was determined to be 0.34 grams of Darvan per 100 grams of dry alumina powder. Also, the optimal amount of the gelling agent and its effect on the porosity percentage of the piece were investigated. For the amount of 8wt.% of gelatin respect to the amount of final water used, the percentage of porosity was obtained at about 51%. Also, the liquid desiccant method was used for the initial drying of the ceramic supports and some experiments were conducted to control the drying rate of the supports to obtain a part without any defects. Considering that PEG has hydrophilic functional groups such as hydroxyl group, the effect of factors such as the molecular weight of polyethylene glycol and its concentration that determine the amount and effects of hydroxyl groups on drying speed was investigated. As a result, the optimal concentration of desiccant solution of PEG 4000 in ethanol was found to be 0.1wt.%. In the next step, for modification of the surface by dip-coating method, the effects of influencing factors such as the concentration of the polymer solution, the dipping time in the solution, and inserting and withdrawal rate of the substrate were investigated. Results showed that the optimal values to obtain a uniform and dense layer were the dipping time is 60 seconds and the inserting/withdrawal rate of 5 mm/min by using a 60 wt.% novolac solution in ethanol. After making the optimized membrane, field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) and water contact angle (WCA) analyses were employed for further characterization of the membrane. The results of the FESEM analysis confirmed the formation of a dense layer on the ceramic support. Also, EDS and WCA results revealed the satisfactory quality of the coating process by showing the surface elements and changing the contact angle from 22 to 83 degree. Finally, water separation tests from phenol in the pervaporation process were performed to evaluate the membrane performance, and, the effects of feed concentration and temperature were investigated. Based on the results, the membrane had the highest flux and separation factor at the lowest concentration value (1000 ppm) and the highest temperature (75 °C). At these conditions, the parameters of permeation flux, separation factor, and pervaporation separation index were equal to 12 kg/m2.h, 29.89, and 346.68 kg/m2.h, respectively.