شماره راهنما :
1495 دكتري
پديد آورنده :
خان محمدي خشويي، صديقه
عنوان :
مدلسازي آماري هندسه غشاي نانوليفي و بررسي تجربي و نظري رفتار سيال عبوري از آن با استفاده از روش ديناميك سيالات محاسباتي
گرايش تحصيلي :
تكنولوژي نساجي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 144 ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
عبدالكريم حسيني، محمود كريمي
استاد مشاور :
زهرا صابري، روح الله باقرزاده، مسعود حق شناس فرد
توصيفگر ها :
مدلسازي , توزيع منافذ , وب مجازي , غشاي نانوليفي جاذب , ديناميك سيالات محاسباتي , جذب ساكن , جذب ديناميكي
استاد داور :
محمود اشرفي زاده، حسين توانايي، مرتضي صادقي، علي اكبر قره آغاجي
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/09/09
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/09/09
چكيده فارسي :
چكيده غشاهاي نانوليفي بدليل كارايي باال در جداسازي در سالهاي اخير مورد توجه پژوهشگران در زمينه فيلتراسيون غشايي واقع شده اند كارايي فيلتراسيون غشايي با خصوصيات هندسي غشاي بكاررفته ارتباط مستقيم دارد پيشبيني رفتار عبور سيال از غشاي نانوليفي امكان توانايي بررسي تاثير اين خصوصيات هندسي بر كارايي فيلتراسيون را بدست ميدهد و بهمين دليل حائزاهميت و كاربردي خواهد بود هدف اصلي اين پژوهش پيش بيني غلظت و سرعت سيال مايع در غشاي نانوليفي در اثر تغيير مشخصه هاي هندسي غشا ميباشد بهمين علت كار عملياتي به دو بخش مدلسازي و تجربي بمنظور ارزيابي قسمت مدلسازي تقسيم گرديد بخش مدلسازي خود شامل سه مرحله مدلسازي اندازه منافذ شبيهسازي وب نانوليفي براساس مدل قسمت اول و در نهايت پيشبيني غلظت و سرعت از وب شبيهسازي شده در اثر تغيير مشخصه هاي هندسي است درواقع در ابتدا مدلي جهت پيش بيني اندازه و توزيع منافذ بر اساس درصد تخلخل و قطر نانوالياف ارائه و نتايج مدل با داده هاي تجربي موجود مقايسه گرديد اين مدل با در نظرگرفتن منافذ 3 4و5ضلعي و بدست آوردن شعاع هيدروليكي نتايج دقيق تري نسبت به مدلهاي پيشين دارد در مرحله دوم وب مجازي با استفاده از همين مدل و بهكمك كدنويسي جاوا ترسيم شد ساختار نانوليفي حاصل داراي ضخامت قطر نانوالياف و درصد تخلخل در بازه غشاهاي نانوليفي متداول ميباشد عالوه براين استقالل از داده هاي تجربي امكان وارد كردن تغييرات قطر نانوالياف سرعت باال و حجم كم از جمله مزاياي برنامه توليد وب نانوليفي است در ادامه غشاي نانوليفي 3بعدي در نرم افزار كامسول فراخواني گرديد و به كمك آن رفتار مايع عبوري از غشا در حين فرآيند فيلتراسيون چرخشي با جريان عمودي با استفاده از معادالت ادغامشده انتقال جرم در روش ديناميك سياالت محاسباتي CFD پيش بيني گرديد مدل ارائه شده در عين سادگي بدليل در نظر گرفتن وب نانوليفي 3 بعدي مجازي كه به واقعيت نزديك است نيازي به شاخص اصالحي ندارد اين مدل توسط مدل متخلخل مكعبي بدون ليف به اندازه ابعاد واقعي ارزيابي شد ضرايب جذب و واجذب و حداكثر غلظت روي سطح از تطابق مدل و نتايج تجربي بدست آمد آزمايش استقالل از مش روي آن انجام گرفت ظرفيت جذب مدل نانوليفي2 0 006 mol m بسيار بيشتر از مدل متخلخل بدون ليف2 0 0013mol m بدست آمد اين موضوع نشان ميدهد مدل نانوليفي نتايج بهتري را ارائه ميدهد در نهايت اثر درصد تخلخل و قطر نانوالياف و ضخامت غشا بعنوان متغيرهاي اندازه منفذ روي غلظت خروجي بررسي شد دربخش تجربي بمنظور درست آزمايي نتايج مدل بدست آمده غشاي نانوليفي الكتروريسيشده از پلياتيلنايمين پلي اترسولفون جهت حذف نيترات از آب توليد شد از آنجايي كه پايداري غشاهاي نانوليفي در فيلتراسيون بسيار حائز اهميت است غشاي الكتروريسي شده در محلول گلوتارآلدهيد آب استن كراس لينك شد بمنظور اطمينان از نامحلول شدن پلياتيلنايمين آزمايش هاي كاهش وزن وب نانوليفي در 84 ساعت به ازاي مقادير متفاوت كراس لينك كننده گلوتارآلدهيد انجام شد آزمايشهاي جذب به دو صورت ناپيوسته و فيلتراسيون پيوسته انجام شد نتايج حاصل از مشخصه يابي وب هاي توليدي توسط تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي توزيع فراواني قطر الياف اندازه گيري سطح ويژه و حجم منافذ توسط BET و همچنين بررسي ساختار شيميايي و گروه هاي عاملي موجود در وب نانوليفي به كمك طيف سنجي FT IR نشان داد كه نمونه نانوليفي الكتروريسي شده داراي خواص موردنظر جهت غشاي جاذب مي باشد همچنين نمونه نانوليفي با غلظت 33 درصد وزني پليمر نسبت به نمونه هاي سنتزي ديگر با غلظت گلوتارآلدهيد بهينه 7 0 درصد حجمي به ازاي20 0 گرم وب نانوليفي بعد از قرارگيري در آب وزن ثابتي داشته است و عالوه بر اين در آب حاوي غشا هيچ پيكي در ناحيه مربوط به پلي اتيلن ايمين با اسپكتروفتومتري UV مشاهده نشد كه اين موضوع را نيز آزمايشهاي جذب نيترات اين نمونه با باالترين ظرفيت جذب تاييد كرد با مقايسه كارايي جذب نمونهها در محيط خنثي ديده شد كه نمونه حاوي تركيب پلياتيلنايمين پلياترسولفون ظرفيت جذب باالتري نسبت به نمونههاي بدون پلياتيلنايمين براي جذب نيترات داشته است مدل ايزوترم بدست آمده براي نمونه بهينه از مدل النگموير تبعيت ميكند و سينتيك جذب در ابتدا نفوذ درون ذره اي را نشان ميدهد و بعد از آن معادله شبه درجه دوم است در نهايت ظرفيت جذب نيترات توسط جاذب سنتز شده و جاذبهاي مختلف پژوهش شده قبلي در شرايط مشابه فرايندي مورد مقايسه قرار گرفت و نتايج نشان داد قابليت حذف نيترات جاذب ساخته شده قابل توجه و در برخي موارد تا 01 برابر بيشتر مي باشد كلمات كليدي مدلسازي توزيع منافذ وب مجازي غشاي نانوليفي جاذب ديناميك سياالت محاسياتي جذب ساكن جذب ديناميكي
چكيده انگليسي :
AbstractNanofibrous membranes due to their high separation efficiency have been the focus ofresearchers in the field of membrane filtration in recent years The membrane filtrationefficiency is directly related to the geometry of the membrane Predicting the fluidflowbehavior of the nanofibrous membrane will be important from the point investigating theeffect of geometrical properties on the filtration efficiency The aim of the thesis is concentration and velocity prediction along nanofibrous membrane In order to achive this goal the study is devided in two sections modeling and experimental The modeling section includes pore size modelling web generation and concentrationprediction At first a model was made to pridict pore size and distribution and was validatedby experimental tests This model yields more accurate results than previous models byconsidering the 3 4 and 5 sided pores and obtaining the hydraulic radius Then web wasgenerated by this model using java codes The virtual nanofibrous web has thickness diameter of nanofibers and porosity percentage in the range of conventional numbers Inaddition the input data is independence from experimental data and the possibility varianceof nanofibers diameter high speed and low volume of program the benefits of athe virtualnanofibrous web generation program Subsequently 3D dimensional nanofibrousmembranes were recalled in the software and the fluid flow behavior of the membrane duringthe deadend continous filtration was predicted using the integrated mass transfer equationsin CFD The proposed model does not require a correction index Because is near to realsample The validation was by a porous cube in size of real mode adsorption and desorptioncoefficient and maximum adsorption capacity was obtained by the fitness of model andexperimental results Mesh independency was done The adsorption capacity of 0 006mol m2 nanofibrous web was much higher than the 0 0013 mol m2 of porous model withoutporous model This suggests that the nanofibrous model yields better results Finally theinfluence of porosity fibre diameter and membrane thickness was investigated on theaverage outlet concentration At the experimental section in order to validate the obtained model PEI PES membranewas fabricated by electrospinning This soluble web was crosslinked by glutharaldehyde sothat a water stable membrane was achieved The amount of glutharaldehyde was optimezedby several tests like weighing absorbtion The water soluble membrane was used for nitratanion adsorption The adsorption was done in static and dynamic modes The results of thecharacterization by SEM TEM BET and FTIR showed the membrane has suitable charactersfor an affinity membrane Nanofibrous web with 33 wt total polymer and 0 71 volumetric glutharaldehyde was completely water satble different isotherm and adsorptionkinetic models were also studied Results showed good agreement of the data with Langmuirisotherm model and it was found that adsorption follows pseudo second order kineticsmodel The maximum adsorption capacity of the web was 29 mg g under condition that washigher than similar membranes in the litrature Keywords CFD modelling mean pore size pore size distribution nanofibrous membrane affinity membrane static adsorption dynamic adsorption
استاد راهنما :
عبدالكريم حسيني، محمود كريمي
استاد مشاور :
زهرا صابري، روح الله باقرزاده، مسعود حق شناس فرد
استاد داور :
محمود اشرفي زاده، حسين توانايي، مرتضي صادقي، علي اكبر قره آغاجي
