توصيفگر ها :
اولترافيلتراسيون , پلي وينيليدين فلورايد , گرفتگي , اصلاح سطح , نقاط كوانتومي كربن
چكيده فارسي :
با پيشرفت روز افزون فناوري و اهميت هر چه بيشتر حفظ منابع آبي، فرآيندهاي غشايي به عنوان يكي از مهمترين فرآيندهاي جداسازي اهميت چشمگيري پيدا كرده است. اما با وجود همه پيشرفت ها، هنوز هم اين فناوري با مشكلاتي رو به رو است. امروزه پديده گرفتگي و رسوب سطحي به يكي از مهمترين معضلات سامانه هاي غشايي اولترافيلتراسيون و غشاهاي ساخته شده از مواد پليمري آبگريز تبديل شده است. به طوريكه رسوب سطحي توانسته تا حد بسيار زيادي سامانه هاي غشايي را تحت تاثير خود قرار داده و عملكرد كلي آنها را كاهش دهد. در اين پژوهش سطح غشاهاي اولترافيلتراسيون پلي وينيليدين فلورايدpolyvinylidenefluoride) (به عنوان پليمري آبگريز توسط نقاط كوانتومي كربن به منظور بهبود خواص عملكردي غشا و كاهش رسوب سطحي اصلاح شده اند. نقاط كوانتومي كربني (Carbon Quantum Dots) با روش هيدروترمال از ماده اوليه آب ليمو توليد شدند. جهت بررسي ساختار نقاط كوانتومي كربن از آزمون¬هاي انتقال فوريه مادون قرمز (Fourier Transform Infrared (Spectroscopy پراكنش نور ديناميكي ((Dynamic Light Scatering و ميكروسكوپ الكتروني عبوري (Transmission Electron (Microscopy شد كه اين آزمون¬ها عمل آوري صحيح اين نقاط و حضور گروه عاملي كربوكسيل در ساختارشان را تاييد كردند. غشاهاي PVDF با روش وارونگي فاز توليد شدند. سطح غشا PVDF خالص در ابتدا توسط فرآيند شيميايي فعال شدند و گروه¬هاي هيدروكسيل بر روي سطح ايجاد شد. به منظور ايجاد اتصال كوولانسي نقاط كوانتومي كربن به سطح، از يك ماده واسط به نام آمينو پروپيل تري اتوكسي سيلان (APTES) استفاده شد. سپس غشاهاي ساخته شده PVDF خالص و اصلاح شده با اتصال دهنده APTES و CQD به كمك آزمون¬هاي مشخصه يابي زاويه تماس ATR-FTIR، FE-SEM، EDAX و آزمون هاي عملكردي همچون شار آب خالص و خواص ضد گرفتگي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از FE-SEM پراكندگي نقاط كوانتومي كربن و حضور اين نقاط بر سطح پس از اصلاح را تاييد كرد. نتايج آزمون هاي عملكردي، افزايش آب دوستي غشاهاي پلي وينيليدين فلورايد اصلاح شده با نقاط كوانتومي كربن را نشان دادند. به گونه اي كه نتايج حاصل از اين پژوهش نشان داد، شار آب خالص ازL/m2.h 252 در غشاي خالص بهLMH 293 وLMH 384 به ترتيب در غشا اصلاح شده با APTES و CQD افزايش يافت. هم چنين ميزان زاويه تماس آب با سطح غشا از حدود 88 درجه در غشا خالص به 48 درجه در غشا اصلاح شده با نقاط كوانتومي كربن كاهش يافت كه نشاني از افزايش خاصيت آبدوستي در سطح غشا است. نتايج حاصل از آزمون خواص ضد گرفتگي به وضوح نشان مي¬دهد كه اصلاح سطح غشا باعث افزايش چشمگير نسبت بازيابي شار(FRR) نسبت به غشا خالص مي¬شود. به طوريكه شاخص FRR از 38 درصد در غشا خالص به 90 درصد در غشا اصلاح شده با CQD افزايش يافت. هم چنين مقاومت برگشت پذير در غشاهاي اصلاح شده افزايش و بالعكس مقاومت برگشت ناپذير كاهش پيدا كرده و مشخص گرديد غشاهاي اصلاح شده در مقابل غشا پلي وينيليدين فلورايد خالص، نسبت به گرفتگي و رسوب سطحي بسيار مقاوم تر هستند.
چكيده انگليسي :
With the increasing advancement of technology and the growing importance of water resource conservation, membrane processes have gained significant importance as one of the most crucial separation processes. However, despite all the progress, this technology still faces challenges. Today, fouling and surface deposition have become one of the major issues in ultrafiltration membrane systems and membranes made of water-repellent polymer materials. Surface deposition has greatly affected membrane systems and reduced their overall performance. In this study, the surfaces of polyvinylidene fluoride ultrafiltration membranes have been modified using carbon quantum dots to improve their functional properties and reduce surface deposition. Carbon quantum dots were synthesized from lemon water using the hydrothermal method. FTIR, DLS, and TEM tests were conducted to examine the structure of carbon quantum dots, confirming their proper functioning and the presence of carboxyl groups in their structure. PVDF membranes were produced using the phase inversion method. The pure PVDF membrane surface was initially activated through a chemical process, creating hydroxyl groups on the surface. To establish covalent bonding between carbon quantum dots (CQDs) and the surface, an intermediate substance called amino propyl triethoxy silane (APTES) was used. The fabricated PVDF membranes, both pure and modified with APTES and CQDs, were characterized using ATR-FTIR contact angle measurements, FE-SEM, EDAX, and performance tests such as pure water flux and antifouling properties. FE-SEM results confirmed the dispersion of carbon quantum dots and their presence on the surface after modification. The performance test results demonstrated increased hydrophilicity of the modified polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes with carbon quantum dots. The pure water flux of LMH 252 through the modified membranes with APTES and CQD increased compared to LMH 293 and LMH 384. Additionally, the contact angle of water with the membrane surface decreased from approximately 88 degrees in the pure membrane to 48 degrees in the membrane modified with carbon quantum dots, indicating an increase in hydrophilicity. The results of the fouling resistance test clearly demonstrate that surface modification of the membrane significantly improves the flux recovery ratio (FRR) compared to the pure membrane. The FRR increased from 38% in the pure membrane to 90% in the membrane modified with CQD. Moreover, the reversible resistance in the modified membranes increased, while the irreversible resistance decreased, indicating that the modified membranes are much more resistant to fouling and surface deposition compared to the pure polyvinylidene fluoride membrane.
