19926

2271 دكتري

دكتري

شيمي نساجي و علوم الياف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1403

176

1403/08/22

كتابنامه

مهندسي نساجي

مهندسي نساجي

1403/08/22

23056638

با توجه به كمبود منابع آب و انرژي و پتانسيل آن¬ها براي تشديد بحران¬هاي آينده، آب و انرژي به عنوان چالش¬هاي اصلي قرن حاضر مطرح گرديده¬اند. براي مواجهه همزمان با اين چالش‌ها، تكنيك تقطير غشايي (MD) جديدي با نام تقطير غشايي گرما-نوري (PMD) در سال¬هاي اخير مطرح گرديده است. PMD در زمينه نمك¬زدايي با استفاده از انرژي خورشيدي به سرعت در حال گسترش است. اين پژوهش به منظور ارائه ديدگاهي جديد در طراحي غشا براي روش تقطير غشايي گرما-نوري تحت خلاء (PVMD) پايه¬ريزي شد. در اين راستا، عملكرد غشا با تغيير جايگيري نانومواد گرما-نوري در محدوده ساختار غشا به منظور تصفيه پساب روغني شور بهبود داده شد. غشاهاي گرما-نوري اومنيفوبيك پلي(وينيليدين فلورايد) (PVDF) با جايگيري نانوصفحات گرافن اكسيد (GO NSh) (1) روي سطح غشا (2/0 درصد وزني/وزني) با استفاده از محلولي ساخته شده از بايندر پلي¬دي¬متيل¬سيلوكسان (PDMS) با غلظت¬هاي مختلف (1/0، 5/0، 1، 2 و 3 درصد وزني/وزني)، (2) درون ساختار نانوالياف (10 درصد وزني/وزني) يا (3) تركيبي از حالت¬هاي (1) و (2)، تهيه شدند. سپس مونومر پرفلورودسيل آكريلات با استفاده از پليمريزاسيون پلاسماي كم فشار، روي سطح غشاهاي تهيه شده پليمريزه شده تا غشاهايي با سطوح اومنيفوبيك به دست آيد. در مورد (1)، پس از 7 دقيقه قرار گرفتن در معرض نور با شدت 1 واحد خورشيدي، بيشترين دماي سطح غشا معادل C◦ 5/93 ثبت گرديد كه به در دسترس بودن نانوصفحات گرافن اكسايد در هنگام تابش نسبت داده مي¬شود. در حالت (3) در مقايسه با حالت (1) كاهش اندكي در دماي سطح غشا مشاهده شده و مقدار oC 4/90 ثبت شد كه بيانگر اين اصل است كه نيازي به جايگيري GO NSh در ساختار نانو الياف زماني كه روي سطح غشا مواد گرما-نوري حضور دارند، نمي¬باشد. در حالت (2) كمترين دماي سطح غشاها برابر C◦ 3/71 گزارش گرديد كه با دسترسي كمتر مواد گرما-نوري در طول تابش مطابقت دارد. نشان داده شد كه دسترسي به GO NSh نقش برجسته¬تري در مقايسه با به دام انداختن نور در تغيير دماي سطح غشا ايفا مي¬كند. با اين حال، بهره مندي از دماي بالاتر در سطح غشا به دليل دسترسي بيشتر به نانومواد گرما-نوري در طي فرآيند PVMD ، با كاهش شار (شار تراوش يافته) مورد(1): 51/1 كيلوگرم بر متر مربع بر ساعت و مورد (2) 83/1 كيلوگرم بر متر مربع بر ساعت) به دليل مسدود شدن برخي از حفرات سطحي غشا توسط بايندر همراه است. براي بهره¬وري انرژي نيز روندي مشابه با شار مشاهده شد. علاوه بر اين، هيچ تغييري در ميزان پس¬زني نمك با تغيير در جايگيري GO NSh در محدوده ساختار غشا مشاهده نشد.

Given the scarcity of water and energy resources and their potential to escalate the future crises, they have emerged as the paramount challenges of the present century. To address these challenges, simultaneously, a novel membrane distillation (MD) technique named photothermal MD (PMD) has come to the forefront in recent years. The PMD is rapidly advancing, particularly in the field of desalination towards increasing the use of sustainable solar energy. This work was organized to provide a new perspective on membrane design for photothermal vacuum membrane distillation (PVMD). This was implemented through enhancing membrane performance by varying the localization of photothermal nanomaterials (NMs) within the membrane structure for the purification of saline oily wastewater. Poly(vinylidene fluoride) omniphobic photothermal membranes were prepared by localizing graphene oxide nanosheets (GO NSh) (1) on the membrane surface (0.2 wt%) by using a solution made of polydimethylsiloxane (PDMS) binder with different concentrations (0.1, 0.5, 1, 2, 3 wt%), (2) within the nanofibers structure (10 wt%) or (3) in both positions. Subsequently, the environmentally-friendly low-pressure plasma polymerization method was employed to polymerize perfluorodecyl acrylate (PFDA) monomers on the surface of prepared membrane to achieve an omniphobic surface. Considering the case 1, after 7 min exposure to the 1 sun intensity light, the highest temperature (~93.5 ◦C) was recorded, which is assigned to the accessibility of GO NSh upon light exposure. The case 3 yielded to a small reduction in surface temperature (~90.4 ◦C) compared to the case 1, indicating no need to localize NMs within the nanofibers structure when they are localized on the surface. The other extreme belonged to the case 2 with the lowest temperature of ~71.3 ◦C, which is consistent with the less accessibility of GO NSh during irradiation. It was demonstrated that the accessibility of photothermal NMs plays more pronounced role in the membrane surface temperature compared to the light trapping. However, benefiting from higher surface temperature during PVMD due to enhanced accessibility of photothermal NMs is balanced out by decrease in the permeate flux (case 1: 1.51 kg/m2 h and case 2: 1.83 kg/m2 h) due to blocking some membrane surface pores by the binder. A trend similar to that for flux was also followed by the efficiency. Additionally, no change in rejection was observed for different GO NSh localizations.

حسين فشندي

مهدي رنجبر

محمد كريمي , عبدالكريم حسيني , افسانه فخار , حميدرضا كريمي علويجه