19969

2280 دكتري

دكتري

شيمي نساجي و علوم الياف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1403

نوزده، 215ص. : مصور، جدول، نمودار

1403/09/05

كتابنامه

مهندسي نساجي

مهندسي نساجي

1403/09/06

23087770

بحران‌هاي آب و انرژي به دو چالش مهم براي مردم جهان تبديل شده‌اند. به همين منظور روش‌هاي متعددي براي غلبه بر اين چالش‌ها توسط محققين صورت پذيرفته است. در بين روش‌هايي كه براي شيرين سازي آب با استفاده از منابع انرژي‌هاي تجديدپذير استفاده شده روش تقطير غشايي گرما-نوري (PMD) گزينه مناسبي براي شيرين سازي آب دريا و تصفيه پساب‌هاي صنعتي و شهري است. اما جذب انرژي خورشيدي با راندمان پايين توسط غشا و همچنين حضور مواد با كشش سطحي پايين در محلول خوراك، عملكرد سامانه‌هاي تقطير غشايي را تحت تاثير قرار مي‌دهد. يكي از عوامل كارآمد در راستاي غلبه بر چالش‌هاي مذكور، كنترل مورفولوژي سطح غشا است. مورفولوژي سطح غشا را مي‌توان از دو ديدگاه متفاوت مورد بررسي قرار داد: (1) ناهمواري سطح غشا كه جنبه فيزيكي دارد و (2) شيمي سطح غشا. در اين پژوهش تلاش شده تا با بهره‌گيري از تكنيك‌هاي مختلف، مورفولوژي سطح غشاهاي پليمري PVDF مهندسي شده و در انتها روشي جهت تهيه غشا با بهترين عملكرد معرفي شود. در اين راستا، تكنيكي تك‌-مرحله‌اي براي توسعه غشاهايي با خصوصيات گرما-نوري و اومنيفوبيك معرفي شده است كه در آن، اين ويژگي‌ها به طور همزمان و از طريق يكپارچه‌سازي با فرآيند ساخت غشا در آن ايجاد مي‌شوند. اين تكنيك بر اساس طراحي دقيق شيمي و فيزيك (ناهمواري) سطح غشا طراحي شده است كه از طريق الكتروريسي مخلوط دو پليمر پلي (وينيليدن فلوئورايد) (PVDF) و پلي (پرفلوئوراوكتيل اكريلات) (PPFOA) حاوي نانوذرات كربن بلك (CB NPs) انجام مي شود. مقادير بهينه براي غلظت‌هاي PPFOA و نانوذرات CB نسبت به وزن PVDF به ترتيب 60 و 15 درصد وزني نسبت به وزن PVDF گزارش شد. غشاي توسعه‌يافته تحت تابش نور خورشيد شبيه‌سازي شده با شدت sun 1، عملكردي با شار تراوش يافته 2/94 كيلوگرم بر مترمربع بر ساعت و پس‌زني نمك بيش از %98 از خود نشان داد. نرخ تبخير و بازده غشاي توسعه‌يافته به ترتيب 1/49 كيلوگرم بر مترمربع در ساعت و %83/5 محاسبه شد. غشا عملكرد پايدار و بلندمدتي را به مدت 600 دقيقه در تماس با محلول آبي (آب نمك با غلظت 3/5 درصد وزني NaCl) حاوي سديم دو دسيل سولفات (SDS) (0/8 ميلي مولار) نشان داد. علاوه بر اجراي يك مرحله اي، روش معرفي‌شده اين مزيت منحصر به فرد را دارد كه نه تنها سطح غشا، بلكه كل ساختار آن به ويژگي هاي گرما-نوري و اومنيفوبيك مجهزمي شود. اين ويژگي مي تواند عملكرد غشا و طول عمر آن را به طور چشمگيري بهبود بخشد.

Water and energy crises have emerged as two significant challenges for people around the world. To address these challenges, researchers have explored a variety of methods. Among the methods employed for desalinating water using renewable energy sources, photothermal membrane distillation (PMD) is a promising option for desalinating seawater and purification of the industrial and municipal wastewater. However, the low efficiency solar energy absorption by the membrane and the presence of low-surface tension substances in the feed solution, adversely affect the performance of membrane distillation (MD) systems. Controlling the membrane surface morphology can be considered as an effective strategy to address these challenges. Membrane surface morphology can be investigated from two distinct perspectives: (1) membrane surface roughness, which can be categorized as physical aspect and (2) membrane surface chemistry. This study aims at engineering the surface morphology of polymeric PVDF membranes using various techniques and ultimately introducing a technique for preparation of membrane with the best performance. In this regard, a one-step technique to develop photothermal omniphobic membranes (POMs) is demonstrate, using which the omniphobic and photothermal properties are simultaneously imparted to the membrane through being integrated with the membrane fabrication process. The technique works based on elaborate design of membrane surface chemistry and roughness via electrospinning of poly(vinylidene fluoride) (PVDF)/ poly(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl acrylate) (PPFOA) blend solution containing carbon black nanoparticles (CB NPs). Optimum concentrations for PPFOA and CB NPs with respect to the PVDF weight were obtained as 60 and 15 wt%, respectively. The developed membrane exhibited permeate flux and salt rejection as high as 2.94 kg/m2·h and >98%, respectively, under 1 sun radiation. Evaporation rate and efficiency of the developed membrane were calculated as 1.49 kg/m2.h and 83.5%, respectively. The membrane exhibited stable long-term performance for 600 min in contact with the sodium dodecyl sulfate (0.8 mM)-containing NaCl aqueous solution (3.5 wt%). Besides single-step implementation, the introduced technique benefits from endowing the entire membrane structure with omniphobic and photothermal properties not only the membrane surface. This can drastically improve the membrane performance and life time.

حسين فشندي

حسن زماني

هاله خليلي , محمد كريمي , حميدرضا كريمي علويجه , افسانه فخار