پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: کمبود منابع آب شیرین و رشد شتابان جمعیت، توسعه و به‌کارگیری فناوری‌های نمک‌زدایی کارآمد را به ضرورتی انکارناپذیر برای تأمین پایدار آب شرب و صنعتی تبدیل کرده است. در این راستا، پژوهش حاضر به مدل‌سازی، اعتبارسنجی و ارزیابی فنی–اقتصادی دو فناوری پرکاربرد اسمز معکوس (RO) و تقطیر چندمرحله‌ای (MED) و همچنین ترکیب آن‌ها در قالب گزینه‌های منفرد و ترکیبی می‌پردازد.
روش تحقیق: در بخش مدل‌سازی، اجزای کلیدی هر فرایند شامل پمپ‌ها، مبدل‌های فشاری، واحدهای پیش‌تصفیه و بخش‌های اصلی نمک‌زدایی با دقت بالا و بر اساس روابط ریاضی معتبر شبیه‌سازی شده‌اند. داده‌های نرم‌افزار WAVE و اطلاعات میدانی واحدهای صنعتی موجود برای کالیبره کردن و اعتبارسنجی مدل‌ها به کار رفته تا نتایج حاصل از شبیه‌سازی به شرایط واقعی نزدیک شود. چهار پیکربندی مختلف شامل RO، MED، RO-MED و MED-RO تحت شرایط خوراک یکسان (۵۰,۰۰۰ مترمکعب در روز، شوری ۳۰,۰۰۰ بخش در میلیون) و محدودیت‌های عملیاتی مشخص مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. شاخص‌های ارزیابی شامل کیفیت محصول نهایی، میزان بازیابی آب، مصرف انرژی الکتریکی و حرارتی و هزینه ویژه تولید آب بودند.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد که در مقایسه چهار گزینه منفرد و ترکیبی RO و MED، سامانه RO منفرد با هزینه ویژه آب 0.386 دلار بر مترمکعب اقتصادی‌ترین گزینه بود و نسبت به MED، RO-MED و MED-RO به‌ترتیب ۳۸ درصد، ۱۹ درصد و ۵۸ درصد هزینه کمتری داشت. در مقابل، کیفیت آب تولیدی آن به‌ترتیب ۹۳ درصد، ۴۲ درصد و ۴۷ درصد پایین‌تر بود. تحلیل حساسیت نیز نشان داد که افزایش قیمت برق هزینه RO منفرد را تا ۷۸ درصد افزایش می‌دهد، درحالی‌که افزایش هزینه سوخت در MED رشد هزینه‌ای تا ۸۵ درصد ایجاد می‌کند. همچنین، تغییر نرخ بهره بیشترین اثر را بر MED-RO داشت و هزینه آن را تا ۴۰ درصد افزایش داد. علاوه بر موارد فوق سامانه‌ ترکیبی RO-MED گزینه‌ای اقتصادی در برابر گزینه‌های موجود و درعین‌حال تضمین‌کننده آب باکیفیت است. این نتایج تأکید می‌کند که انتخاب فناوری بهینه وابسته به شرایط محلی از جمله قیمت انرژی، دسترسی به گرمای اتلافی و الزامات کیفی محصول است.

چکیده موضوع تحقیق: آلودگی منابع آبی در سطح جهانی از رشد نگران‌کننده‌ای برخوردار است. در این میان، پساب‌های حاوی آلاینده‌های روغنی به عنوان چالش عمده زیست‌محیطی مطرح هستند. برای مقابله با این مشکل، روش‌های تصفیه متنوعی توسعه یافته‌اند که از جمله مؤثرترین آن‌ها می‌توان به فناوری جداسازی غشایی اشاره کرد. همچنین، تاکنون، بخش عمده‌ای از مطالعات در حوزه جداسازی غشایی بر مخلوط‌های دوفازی ساده روغن-آب متمرکز بوده و تأثیر پارامتر شوری بر عملکرد غشاها به طور جامع مورد بررسی قرار نگرفته است. حضور نمک‌ها می‌تواند به طور اساسی سازوکار‌های گرفتگی و نفوذپذیری غشاها را تغییر دهد. باوجود پیشرفت‌های قابل توجه در طراحی و ساخت غشاهای جداسازی روغن-آب، دستیابی به شار آب بالا، حذف مطلوب روغن و عملکرد ضدگرفتگی همچنان چالشی دشوار به شمار می‌رود.
روش تحقیق: در این پژوهش، غشاهای نانوکامپوزیتی لایه‌ای با بهره‌گیری از نانوصفحات اکسیدگرافن عامل‌دار شده با فسفر (P-GO) و از طریق روش خودآرایی لایه‌به‌لایه تحت فشار طراحی و ساخته شدند. فرایند عامل‌دار کردن GO با استفاده از اسیدفسفریک منجر به تشکیل ساختار P-GO با افزایش قابل توجه در محتوای گروه‌های عاملی حاوی اکسیژن شد. در مرحله بعد، این نانوصفحات مهندسی‌شده بر روی بستری از جنس پلی‌اترسولفون (PES)که پیش‌تیمار آن با پلی‌دوپامین (PDA) به منظور بهبود چسبندگی و سازگاری انجام شده بود، در سه غلظت متفاوت (۲۵، ۵۰ و ۱۰۰ میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) رسوب‌دهی شدند تا تأثیر غلظت نانوصفحات بر عملکرد نهایی غشا مورد ارزیابی قرار گیرد.
نتایج اصلی: بر اساس نتایج آزمایش‌ها، غشای mP-GO50 جذب آب مطلوب (87.61%)، تراوایی آب مطلوب (شار خروجی) 81.66 لیتر بر مترمربع ساعت و حذف99.6% روغن گیاهی را نشان داد. ضمناً، به دلیل بار منفی بالاتر P-GO، خواص ضدگرفتگی بهبودیافته‌ای را ارائه کرد و پس از ده چرخه، مقدار95.5% حذف روغن را حفظ کرد. همچنین، تأثیر افزودن غلظت‌های مختلف NaCl (0، 25، 50 و 100 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) به محلول خوراک بررسی شد. با افزایش غلظت NaCl، توانایی حذف روغن در غشایmP-GO50  1.49% کاهش یافت، اما غشای mP-GO50 همچنان در بالاترین مقدار غلظت نمک (100 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) با حذف98.12% عملکرد مطلوبی نشان داد.

چکیده موضوع تحقیق: تصفیه پساب‌های نفتی برای جلوگیری از آسیب‌های زیست‌محیطی و رعایت مقررات ضروری است. فرایندهای غشایی به‌دلیل کارایی، مصرف کم انرژی و توانایی مدیریت موثر امولسیون‌های پیچیده برای این کار ایده‌آل هستند.
روش تحقیق: در این تحقیق، هدف اصلی استفاده از فرایند جداسازی غشایی اولترافیلتراسیون برای تصفیه پساب‌های حاوی ترکیبات نفتی (مانند گازوئیل) است. بدین منظور غشاهای آمیزه‌ای پلی‌اترسولفون/پلی‌اترسولفون سولفونه (PES/SPES) با ترکیب درصدهای مختلف از SPES با روش جدایش فازی با استفاده از غیرحلال ساخته شد. تأثیر بارگذاری SPES بر مورفولوژی غشا، زبری سطح غشا، آب‌دوستی سطح، مقاومت مکانیکی، تخلخل و شار آب و پساب غشا با استفاده از آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، اندازه‌گیری زاویه‌ی تماس آب، آزمون مقاومت مکانیکی و آزمون‌های عملکردی فیلتراسیون بررسی شد.
نتایج اصلی: مشاهده شد که افزودن SPES به PES و افزایش بارگذاری آن منجر به تشکیل درشت‌حفره‌ها در مقطع غشا، افزایش زبری سطحی، افزایش آب‌دوستی سطح، افزایش تخلخل، بهبود شار آب و پساب غشاها و افزایش نسبت بازیابی شار آب خالص شده است. با این حال، این مزایا با کاهش مقاومت مکانیکی و افزایش فشردگی غشا همراه بود. در میان غشاهای آماده‌شده، غشای آمیزه‌ای PES/SPES با نسبت وزنی 40/60 بهترین عملکرد را با دستیابی به شار پساب نهایی L/m2·h 78/34 در مقایسه غشای PES خالص با شار پساب نهایی L/m2·h 35/11 داشت. غشای آمیزه‌ای PES/SPES با نسبت وزنی 60/40 بیشترین زبری سطحی، آب‌دوستی سطح و نسبت بازیابی شار را داشت. به‌طورقابل‌توجهی تمامی غشاهای ساخته‌شده در این تحقیق کارایی پس‌زنی بالای 99 درصد را برای امولسیون آب-گازوئیل داشتند که برای کاربردهای عملی و صنعتی قابل توجه است.


 

چکیده
موضوع تحقیق: حضور آنتی‌بیوتیک‌ها در منابع آب آشامیدنی، نشان‌دهنده حذف ناکارآمد ترکیبات دارویی با روش‌های تصفیه‌ی مرسوم است که پیامدهای زیست‌محیطی حضور آن‌ها را نمی‌توان نادیده گرفت. هدف از انجام این پژوهش ساخت غشای نانوفیلتراسیون پلی‌اترسولفون اصلاح‌شده با نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم، برای حذف آموکسی‌سیلین از محلول‌های آبی است.
روش تحقیق: در این مطالعه غشاهای پلی‌اترسولفون خالص و غشاهای همراه با افزودنی نانوذرات با روش وارونگی فازی ساخته شد. ابتدا، غلظت پلیمر پایه بهینه شد و ساختار منافذ غشا برای دستیابی به حداکثر عملکرد جداسازی کنترل گردید. سپس غشای انتخاب‌شده با درصدهای مختلف نانوذره (2/0، 5/0 و1 درصد وزنی)  اصلاح شد. غشای پلی‌اترسولفون 22 درصد با 79 درصد دفع و شار آب خالصl.m^-2.h^-1  19/1 به‌عنوان غشای بهینه شناسایی و برای اصلاحات بیشتر مورد استفاده قرار گرفت.  غشاها با استفاده از FTIR، زاویه تماس آب،SEM ، AFM و XRD همراه با ارزیابی شار آب خالص و راندمان جداسازی آموکسی‌سیلین، مشخصه‌یابی شد.
نتایج اصلی: آزمون FTIR و اندازه‌گیری زاویه تماس نشان داد که آب‌دوستی غشاها، به‌دلیل حضور گروه هیدروکسیل در ساختار TiO2 به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته‌ است. تصاویر SEM نشان داد که افزودن نانوذرات، ضخامت غشا را افزایش داده و تشکیل منافذ کوچک اشک‌مانند در لایه فعال و همچنین منافذ کشیده در زیرلایه را افزایش می‌دهد. این تغییرات ساختاری، تخلخل را افزایش داده و شار آب خالص را از l.m-2.h-1 1/19 به حداکثرl.m-2.h-1  53/04 برای غشای حاوی ۱ درصد وزنی نانوذرات افزایش می‌دهد. همچنین آنالیز AFM افزایش زبری سطح را با افزودن نانوذرات نشان داد. غشای حاوی 0/5 درصد وزنی نانوذرات، عملکرد بهینه‌ای با شار l.m-2.h-1  27/32 و دفع85/72 درصد نشان داد. به طور کلی، نتایج نشان می‌دهد که غشاهای نانوکامپوزیتی پتانسیل بالایی را برای حذف آلاینده‌های غیرقابل تجزیه زیستی، مانند آموکسی‌سیلین، از منابع آب نشان می‌دهند.

چکیده موضوع تحقیق: تحلیل به‌هنگام به کمک ابزارهای دیجیتال، نیازمند دریافت در لحظه داده‌ها از نقاط مختلف فرایندهای شیمیایی صنعتی است. تأخیرهای زمانی در اندازه‌گیری متغیرهای فرایندی ممکن است عملکرد مؤثر راهبرد‌های کنترلی مختلف، پایداری فرایند و کارایی عملیاتی را تحت تأثیر قرار دهد و در نتیجه تحلیل، استخراج اطلاعات و تبدیل آن به تصمیم‌های قابل اجرا در لحظه را غیرممکن ‌کند. فرایند تولید مونومر وینیل‌استات (VAM) به‌عنوان فرایند پیچیده و غیرخطی در صنایع شیمیایی شناخته می‌شود. در این فرایند ترکیب درصد آب در پایین برج تقطیر آزئوتروپیک، یکی از متغیرهای مهم است که توسط دستگاه کروماتوگرافی گازی (GC) با تأخیر زمانی و هزینه زیاد اندازه‌گیری می‌شود. روش تحقیق: حسگرهای نرم به‌طور عمده تخمین به‌هنگام متغیرهایی که اندازه‌گیری آن‌ها دشوار یا غیرممکن است را بهبود می‌بخشند. شبکه‌های عصبی به واسطه قابلیت یادگیری الگوهای غیرخطی و سرعت پیش‌بینی مناسب در توسعه حسگرهای نرم نقش مهمی را ایفا می‌کنند. این پژوهش بر روی توسعه حسگر نرم تطبیقی بر اساس مدل شبکه عصبی پیش‌خور برای تخمین به‌هنگام ترکیب درصد آب در پایین برج تقطیر آزئوتروپیک در فرایند VAM متمرکز است. نتایج اصلی: حسگر نرم ایجاد شده به‌صورت تطبیقی در حضور عیب‌های عملیاتی مختلف به کار گرفته شده است و با خطای MSE=1.1x10-5، رفتار GC را به صورت لحظه‌ای تخمین می‌زند. می‌توان با حفظ دقت پیش‌بینی در پیاده‌سازی تطبیقی حسگر نرم در حضور تغییرات مختلف فرایندی، سازگاری مؤثر این حسگرها را اثبات کرد. این پژوهش قابلیت حسگرهای نرم را به‌عنوان جایگزینی کارآمد و مقرون‌به‌صرفه برای نظارت به‌هنگام در فرایندهای شیمیایی پیچیده را نشان می‌دهد.

چکیده چکیده

موضوع تحقیق:

استفاده از حلال‌های یوتکتیک عمیق (DES) برای بهبود عملکرد غشاهای پلیمری در جداسازی گاز CO₂مورد توجه قرار گرفته است. غشاهایی که با استفاده از DES اصلاح می‌شوند، به‌عنوان غشاهای مایع پشتیبانی‌شده (SLM) شناخته می‌شوند.

روش تحقیق:

در این پژوهش، حلال‌های دوجزئی کولین‌کلرید/ اوره و سه‌جزئی کولین‌کلرید/ اوره/ DBU به‌عنوان DES برای بهبود کارایی غشای پلی(‌اتر-قطعه-آمید) (Pebax-1657) در جداسازی گاز CO₂ از CH₄ و N₂استفاده شده‌ است. غشاها به روش تبخیر حلال ساخته شده، با روش‌های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفتند.

نتایج اصلی:

نتایج آزمون گاز تراوایی در فشار 2 بار و دمای °C 30 نشان داد که تراوائی گاز CO2 از barrer77.3 در غشای خالص به barrer96.4 در غشای حاوی 10% DES دوجزئی و barrer 101.7 در غشای حاوی 10% DES-DBU سه‌جزئی افزایش یافته است. گزینش‌پذیری‌های CO2/N2 و CO2/CH4 به‌ترتیب از 32.20 و 11.36 در غشای خالص به 38.56 و 13.77 در غشای 10% DES دوجزئی و 40.68 و 14.32 در غشای %10 DES سه‌جزئی بهبود یافت. با افزایش فشار خوراک عملکرد غشاها ارتقا یافت؛ به‌طوری‌که در فشار 10 بار در غشای 10% DES سه‌جزئی تراوئی CO2 به barrer 162.8و گزینش‌پذیری CO2/N2 و CO2/CH4 به 56.13 و20.60 افزایش یافته است. با توجه به اینکه غشای DES سه‌جزئی عملکرد بهتری داشته است، در نهایت درصدهای وزنی مختلفی از DES-DBU در غشای Pebax مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که غشای حاوی ۲۰ درصد وزنی DES سه‌جزئی، بهترین عملکرد را در مقایسه با سایر غشاها داشته است. این غشا در فشار ۲ بار و دمای °C 30، تراوایی گاز CO2را به barrer8/138 و گزینش‌پذیریCO2/N2 و CO2/N2 را به‌ترتیب به 51.46 و 18.80 افزایش داده است. با افزایش فشار به ۱۰ بار، تراوایی CO2 به مقدار barrer 212.5 و گزینش‌پذیری گازهای CO2/N2 و CO2/CH4به‌ترتیب به 40.66 و 60.25 ارتقا یافت که در نهایت این غشا در مقایسه با سایر مطالعات انجام‌شده موفق به عبور از حد رابسون شده است که نشان‌دهنده پتانسیل بالای این غشا در کاربردهای مرتبط با جداسازی گاز CO2 است.

چکیده موضوع تحقیق: آلودگی دی‌اکسیدکربن (CO2) یکی از چالش‌های مهم عصر حاضر است که از گسترش صنایع ناشی می‌شود. یکی از روش‌های نوین برای جداسازی CO2، استفاده از غشاهای پلیمری است که پلی(‌اتر-قطعه-آمید) (Pebax) به‌عنوان یکی از غشاهای صنعتی در این زمینه شناخته می‌شود. با این حال، این نوع غشا با محدودیتی به نام بده‌بستان (Trade-off) مواجه است که مانع از استفاده وسیع آن در صنعت می‌شود. افزودن ترکیبات مختلف به Pebax یکی از روش‌های رفع این محدودیت است.
روش تحقیق: در این مطالعه، فنول که حاوی گروه عاملی هیدروکسیل است، به‌عنوان پرکننده انتخاب شد و غشاهای Pebax حاوی درصدهای متفاوتی از آن با استفاده از روش نوین شبیه‌سازی مولکولی تهیه شدند. دینامیک مولکولی (Molecular Dynamics, MD) و مونت کارلوی بزرگ‌بُندادی (Grand Canonical Monte Carlo, GCMC) برای بررسی خواص ساختاری و عملکرد جداسازی غشاها استفاده شد. در این راستا، ابتدا خواص ساختاری شامل کسر حجم آزاد (Fractional Free Volume, FFV)، چگالی و تحرک زنجیرهای پلیمری مورد بررسی قرار گرفت و سپس خواص عملکردی شامل ضرایب نفوذ و حلالیت اندازه‌گیری شد.
نتایج اصلی: FFV غشاها با افزودن فنول افزایش یافته و بر اساس تابع توزیع شعاعی برهم‌کنش بین مولکول‌های CO2 و مولکول‌های فنول بر بر‌هم‌کنش بین مولکول‌های CO2 و زنجیره‌های پلیمری PEBA غلبه کرد. علاوه بر این، بر اساس نتایج، مولکول‌های فنول از طریق برقراری برهم‌کنش‌های اسید-باز لوئیس و π-چهارقطبی با مولکول‌های CO2 باعث افزایش 5.5 برابری ضریب نفوذ و افزایش 1.3 برابری ضریب حلالیت مولکول‌های CO2 نسبت به غشای خالص Pebax شدند. تحلیل ضریب تراوایی CO2 و گزینش‌پذیری CO2/N2 در غشاهای شبیه‌سازی‌شده نشان داد که با افزایش درصد فنول، تراوایی CO2 افزایش می‌یابد، درحالی‌که گزینش‌پذیری CO2/N2 به‌طور مداوم کاهش می‌یابد.

چکیده موضــوع تحقیــق: غشاها و فرایندهای غشایی در دهه‌های اخیر به‌عنوان فناوری‌های مهمی در صنعت، به‌ویژه در زمینه‌هایی مانند تصفیه آب، نفت، جداسازی گازها و نمک‌زدایی شناخته شده‌اند. از میان غشاها، غشاهای سرامیکی به‌دلیل ویژگی‌هایی نظیر مقاومت مکانیکی، شیمیایی و حرارتی بالا، تخلخل مناسب و شار عبوری زیاد، به‌طور فزاینده‌ای مورد توجه صنایع و محققان قرار گرفته‌اند. هدف این تحقیق، بررسی ویژگی‌های تعلیقی سرامیکی آلومینایی است که برای تولید غشاهای سرامیکی به روش قالب‌ریزی ژل استفاده می‌شود.

روش تحقیــق: این پژوهش بر ارزیابی تأثیر ترکیبات پلی‌ساکاریدی به‌عنوان افزودنی‌های آلی و پیونددهنده در ساخت غشاهای سرامیکی متمرکز است. به‌منظور دستیابی به ریزساختارهای بهینه، مطالعه حاضر پارامترهای رئولوژی و شیمی-رئولوژی تعلیقی های پودر سرامیکی آلومینا-پلی‌ساکاریدرها مورد بررسی قرار می‌دهد. تأثیر عوامل مختلفی از جمله دما، حضور یا عدم حضور پودر سرامیکی، ترکیب درصد اتصال‌دهنده عرضی و درصد افزودنی آلی تحت عنوان پیونددهنده بر زمان ژل‌شدن نیز ارزیابی شده است. ضمنا ریزساختار غشاهای نهایی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد ارزیابی قرار گرفت.

نتایــج اصلــی: این تحقیق نشان داد که تعلیقی تشکیل‌شده از پودر آلومینا، پلی‌ساکارید و اتصال‌دهنده عرضی آلدهیدی از نظر قابلیت شکل‌دهی، گزینه‌ای مناسب برای تولید قطعات سرامیکی پیچیده و مقاوم است. تحلیل­ها نشان داد که این سامانه با بار حجمی بالای 30 درصدی پودر سرامیکی با افزایش 5-۱۰ درجه­ای دما و افزایش ۲-۳ برابری مقادیر پلی ساکارید به عنوان پیونددهنده و اتصال‌دهنده عرضی آلدهیدی به طور معناداری زمان ژل‌شدن را کاهش می‌دهد. این یافته‌ها بر اهمیت کنترل دقیق پارامترهایی مانند دما و غلظت مواد افزودنی در بار حجمی پودر سرامیکی مشخص تأکید دارد.

چکیده موضوع تحقیق: نفوذپذیری و گزینش‌پذیری بالا دو عامل مهم غشاهای جداسازی گاز به شمار می‌روند. برای دستیابی به چنین پارامترهایی غشاهای جداسازی گاز را می‌توان از لحاظ نوع پلیمر استفاده شده، نسبت مواد و ساختار اصلاح کرد. به همین منظور، در این پژوهش به بهبود عملکرد غشاها­ی لایه نازک کامپوزیتی (TFC) کیتوسان- اسید گالیک/پلی‌سولفون در جداسازی گاز CO₂ پرداخته شده است.
روش تحقیق: برای تهیه غشاهای TFC کیتوسان-اسید گالیک /پلی‌سولفون، لایه ­ای نازک در مقیاس نانومتری از کیتوسان­-اسید گالیک روی لایه پشتیبان پلی ­سولفون (PSF) تشکیل شد. سپس، غشاهای لایه نازک کامپوزیتی کیتوسان-اسید گالیک‌ با نسبت ­های جرمی مختلف (کیتوسان : ‌اسید گالیک برابر با 1:1، 2:1 و1:2) ساخته شدند. از روش­های مختلفی نظیر تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی پویشی گسیل میدانی (FESEM) و طیف سنجی فوتوالکترونی پرتوی ایکس (XPS) به همراه آزمون گاز تراوایی برای جداسازی‌های CO₂/CH₄ و CO₂/N₂ برای بررسی ساختار و عملکرد غشاهای TFC بهره گرفته شد.
نتایج اصلی: بررسی ساختار شیمیایی غشاهای سنتز شده نشان دهنده ­ی تشکیل موفقیت آمیز زنجیره­ های کیتوسان-‌اسید گالیک در سطح PSF بود. تصاویر میکروسکوپی غشاهای سنتز شده نشان داد که لایه نازک متراکمی از کیتوسان-اسید گالیک به صورت یکنواخت بر روی لایه‌ی پشتیبان PSF تشکیل شد. حداکثر جداسازی CO₂ با نسبت جرمی (1:2) کیتوسان-اسیدگالیک بدست آمد. افزایش کسر جرمی اسید گالیک در لایه‌ی انتخاب‌پذیر غشای لایه نازک کامپوزیتی (1:2) منجر به افزایش نفوذ‌پذیری CO₂ نسبت به دو غشای لایه نازک کامپوزیتی (1:1) و (2:1) از 2/347 و 4/294 به GPU 1/411 شد. علاوه بر این، تراوایی هر یک از گازهای CH₄ و N₂ از طریق غشای لایه نازک کامپوزیتی (1:2) به ترتیب 6/24 و GPU 2/19 به دست آمد. همچنین، محاسبات گزینش­ پذیری گازها حاکی از افزایش گزینش ­پذیری CO₂/CH₄ و CO₂/N₂ از 84/13 و 165/17 در غشای لایه نازک کامپوزیتی (1:1) و 68/9 و 96/12 در غشا لایه نازک کامپوزیتی (2:1) به 71/16 و 41/21 در غشا لایه نازک کامپوزیتی (1:2) بوده است. نتایج حاصل نشان داد که عملکرد غشای لایه نازک کیتوسان_اسید گالیک که برای نخستین بار در جداسازی CO₂ مورد استفاده قرار گرفت، قابل قبول بوده است.

چکیده جاذبهای جامد متخلخل به منظور جذب گاز دی اکسیدکربن به عنوان گازآلاینده و اثرگذار بر تغییرات جوی محیط زیست مورد توجه محققان قرارگرفته اند. درتحقیق حاضر، از گرافن ایروژل به منظور جذب گاز دی-
اکسیدکربن استفاده شد. اثر پودر گرافیت اولیه بر فرایند اکسیداسیون گرافن اکساید و گروههای اکسیژنی روی سطح آن بررسی شد. سپس تاثیرمیزان اکسیداسیون برخودتجمعی نانوصفحات حین فرایند هیدروترمال و ساختارحفرات سلسله مراتبی گرافن ایروژل حاصل مورد بررسی قرارگرفت. دراین پژوهش از روش هامرز اصلاح شده برای سنتز گرافن اکسایدها و روش هیدروترمال و خشککردن انجمادی برای سنتز گرافن ایروژلها استفاده شد. به منظور مشخصه یابی گرافن اکسایدها از آزمونهای طیفسنجی مادون قرمز (FTIR) و پراش پرتوایکس ( XRD) استفاده شد. گرافن ایروژل ها با استفاده از آزمون های مختلف شامل جذب و واجذب نیتروژن، میکروسکوپ الکترونی روبشی ) (SEMمورد بررسی قرارگرفتند. درآزمون XRD اختلاف فاصله لایه ها بین گرافیت و گرافن اکساید نشان دهنده اکسیدشدن موفقیت آمیزصفحات گرافیت است. اختلاف شدت پیکهای اکسیژنی در آزمون FTIRناشی از اختلاف اندازه ذرات گرافیتها است. بطوری که شدت گروههای اکسیژنی بیشتر درگرافیت با اندازه ذرات کوچکتر مشاهده شد. بررسی ریخت شناسی گرافن ایروژلها اهمیت گروهای اکسیژنی در تشکیل ساختارسه بعدی سلسله مراتبی را نشان داد. افزایش گروههای اکسیژنی در نمونه با اندازه ذرات کوچکتر، ساختاری با دیوارههای نازکتر و تجمع کمترصفحات ایجاد کرده است.
نتایج حاصل نشان دادند که گرافیت با اندازه ذارت کوچک منجر به بهبود ساختار حفرات سلسله مراتبی ایروژل و افزایش میزان جذب گاز تا ۱/۰۴ mmol شد. ایروژل حاصل از ذرات گرافیت بزرگتر دارای جذب گازmmol
۰/۷۲است. استفاده از گرافیت با اندازه ذرات کوچکتر منجربه کنترل بهتر فرایند اکسیداسیون گرافن اکساید و
فرایند خودتجمعی گرافن ایروژل و سطح مخصوص مزو و میکرو بالا( ۱۱۲m2/gو ۱۱۵به ترتیب) شد.

چکیده موضوع: بیورکتورغشایی اسمزی یکی از بهترین روش‌های تصفیه فاضلاب‌های صنعتی می‌باشد مزیت اصلی استفاده از فرآیند اسمزی عمل کردن آن در فشار‌های پایین هیدرولیکی است که دارای عملکرد بهتری در حذف آلاینده‌ها و مصرف انرژی پایین نسبت به روش‌های دیگر می‌باشد. روش تحقیق: در این تحقیق نانو ذرات حفره‌دار دی‌اکسید تیتانیوم با سطح ویژه و دیواره آناتاز از طریق فرآیند گرمایی با استفاده از ستیل‌تری‌متیل‌آمونیوم بروماید (CTAB) به‌عنوان عامل هدایت کننده سطح فعال و عامل ایجاد کننده منافذ، سنتز شد. غشا‌های نا‌نوکامپوزیت اولترافیلتراسیون با استفاده از دی‌اکسید تیتانیوم (TiO₂) اصلاح شده (MT) و پلی‌سولفون (PSf) به روش وارونگی فازی ساخته شدند. ریخت‌شناسی و ساختار غشا‌های بدست آمده و نانو ذره توسط میکروسکوپ الکترون روبشی (FESEM)، پراش اشعه ایکس (XRD)و میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق از محلول خوراک آلبومین سرم گاوی (BSA) به‌عنوان فاضلاب شبیه‌سازی شده استفاده گردید. غشا‌های اولترافیلتراسیون ساخته شده به ترتیب در سامانه یورکتورغشایی اسمزی (OMBR) به دلیل انرژی و رسوب کمتر مورد آزمایش قرار گرفتند. محلول % ٦/٠ پلی (سدیم ٤- استایرن سولفونات) به‌عنوان محلول اسمزی مورد استفاده قرار گرفت. عملکرد جداسازی مقایسه‌ای و خواص ضد رسوب هر دو جهت نا‌نوکامپوزیت‌های ساخته شده در تجزیه‌و‌تحلیل‌های متعددی مانند اندازه‌گیری زاویه تماس با آب، شار آب خالص و تصفیه غلظت‌های متفاوتی از محلول آلبومین سرم گاوی (BSA) و مقاومت در برابر رسوب مورد بررسی قرار‌گرفته است. نتایج اصلی: نتایج نشان می‌دهد که به دلیل افزودن نانو ذرات MT به بستر پلیمری، آب‌دوستی و انرژی سطح غشا افزایش یافت که منجر به بهبود عملکرد غشا شد. غشای حاوی ١% نا‌نوذره‌ی اکسید تیتانیوم بهترین نتیجه را نشان داد. به‌عنوان مثال برای خوراک با غلظت ppm٢٠٠ فلاکس آب از L/ m².h) 20 تا 5/38 (افزایش یافت و همچنین درصد محلول کشنده بازگشتی نیز از (30 تا g/m².h 6/19) کاهش یافت. بازیابی فلاکس در این غشا ٩٦ درصد بود که نشان‌دهنده‌ی خاصیت ضدرسوبی غشای نا‌نوکامپوزیت اصلاح شده می‌باشد.

چکیده در سال­های اخیر جداسازی هوا با استفاده از غشا به‌عنوان یک فناوری مقرون‌به‌صرفه برای تولید جریان­های نسبتاً خالص نیتروژن و اکسیژن مورد توجه زیادی قرار گرفته است. نتایج مطالعات نشان می­دهد که طراحی و ساخت پلیمرهای جدید با ساختار مطلوب برای صنعتی شدن فناوری غشاهای پلیمری در زمینه جداسازی اکسیژن از نیتروژن امری بسیار مهم تلقی می­شود. نتایج بدست آمده از کارهای تحقیقاتی مختلف نشان می­دهند که غشاهای پلیمری ساخته شده بر پایه پلی­ایمیدهای آروماتیک و پلیمرهای ذاتاً میکرومتخلخل (PIMs) به­علت گزینش­پذیری بالا، خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی مناسب و نیز بهره­مندی از ساختارهای متفاوت ناشی از استخلاف­های پلیمری گزینه مناسبی جهت جداسازی اکسیژن و نیتروژن می­باشند. از سوی دیگر، فرایند اصلاح غشا نیز می­تواند مقاومت مکانیکی، شیمیایی و گزینش­پذیری غشاها را تا حد زیادی افزایش داده و روشی مؤثر در جهت بهبود عملکرد جداسازی اکسیژن از نیتروژن ­باشد. نتایج بدست آمده حاکی از این است که ساخت غشاهای آمیزه پلیمری گزینش­پذیری و تراوایی غشاها را افزایش داده، همچنین ایجاد اتصالات عرضی نیز در اغلب موارد موجب افزایش گزینش­پذیری غشاها شده است. در این میان غشاهای غربال مولکولی کربنی که توسط تجزیه حرارتی ماده اولیه پلیمری در شرایط کنترل شده دمایی و فشاری ساخته می­شوند، به­دلیل داشتن خواصی نظیر گزینش­پذیری و تراوایی بالا، پایداری در محیط­های خورنده و قابلیت کاربرد در دماهای بالا مورد گزینه مناسبی برای جداسازی اکسیژن و نیتروژن محسوب می­شوند. همچنین با دقت در نتایج بدست آمده از کارهای تحقیقاتی مختلف می­توان دریافت که استفاده از نیروی محرکه و ذرات مغناطیسی در پلیمر بهبود همزمان تراوایی و گزینش­پذیری غشاها را در پی دارد. بطوریکه پیش­بینی می­شود این روش در بهبود عملکرد غشاهای پلیمری در زمینه جداسازی اکسیژن و نیتروژن یکی از روش­های کارآمد باشد.

چکیده در سال­های اخیر، به­دلیل هزینه بالا و مصرف زیاد انرژی در روش­های تقطیر برودتی و جذب سطحی، تلاش­های بسیاری در راستای بهبود عملکرد غشاهای پلیمری در جداسازی اکسیژن- نیتروژن صورت گرفته است. همچنان افزایش عملکرد این دسته از غشاها برای کاربردهای صنعتی ضروری است.
در این پژوهش، غشاهای زمینه‌مخلوط‌ مغناطیسی جدید با استفاده از پلی­سولفون به­عنوان زمینه اصلی غشا و ذرات مغناطیسی نئودیمیم برای جداسازی اکسیژن- نیتروژن ساخته شدند. غشاهای زمینه‌مخلوط‌ مغناطیسی در حضور میدان مغناطیسی به­منظور جلوگیری از ته­نشینی ذرات و پراکندگی مناسب ذرات در زمینه پلیمر ساخته شدند. اثر مقادیر مختلف ذرات نئودیمیم بر ساختار غشاها، خواص مغناطیسی و پایداری حرارتی غشاها با آزمون­های میکروسکوپی الکترونی پویشی، مغناطیس­سنجی نمونه ارتعاشی و گرماوزن­سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین برای بررسی عملکرد غشاهای ساخته شده در حضور میدان­های مغناطیسی مختلف، ماژول جداسازی مغناطیسی جدیدی طراحی و ساخته شد.
نتایج به­دست­آمده نشان دادند که تراوایی گازهای اکسیژن و نیتروژن با افزودن ذرات مغناطیسی نئودیمیم صرف­نظر از میزان مقدار میدان مغناطیسی اعمالی حین فرایند جداسازی به­دلیل برهم­خوردن تراکم زنجیرهای پلیمر و ازدیاد حجم آزاد پلیمر، روند افزایشی داشته است. تراوایی گازهای اکسیژن و نیتروژن در غشاهای زمینه‌مخلوط‌ حاوی 5 درصد وزنی نئودیمیم در غیاب میدان مغناطیسی به­ترتیب 182% و 443% نسبت به غشاهای خالص پلی­سولفون افزایش یافت. همچنین، تراوایی و گزینش­پذیری جفت­های گازی مذکور مورد مطالعه با اعمال میدان مغناطیسی طی فرایند جداسازی، افزایش یافت. با افزایش میدان مغناطیسی از 0 به 570 میلی تسلا، گزینش­پذیری غشاهای زمینه‌مخلوط‌ حاوی 5 درصد وزنی نئودیمیم از 73/2 به 77/3 افزایش یافت. براساس نتایج، افزودن ذرات نئودیمیم و همچنین استفاده از میدان مغناطیسی در طول فرایند ساخت و بررسی عملکرد غشا می­تواند روشی مؤثر برای بهبود عملکرد غشا محسوب شود.

چکیده در چند سال اخیر به­دلیل افزایش گازهای گلخانه­ای در جو کره­ی زمین، مشکلات زیست محیطی فراوانی ایجاد شده است. در دهه گذشته، غشاهای شبکه­آمیخته به­دلیل توانایی مناسب در جداسازی گازهای قطبی از غیرقطبی، بسیار مورد توجه قرار گرفته شده است. در این پژوهش غشای شبکه آمیخته­ی دو جزئی جدید با افزودن نانوذره­ی اکسید آهن نیکل روی به شبکه پلیمری پباکس تهیه شد تا در کنار ویژگی‌های منحصر بفرد این کوپلیمر مانند مقاومت مکانیکی بالا و تراوایی مناسب گازی، از ویژگی‌های نانوذره‌ی مذکور مانند تراوایی و گزینش­پذیری قابل‌توجه و پایداری مکانیکی و گرمایی مناسب آن استفاده شود. آزمون تراوایی گازی بر روی غشاهای پلیمری خالص و شبکه آمیخته‌ی دوجزئی در دمای ۳۵ درجه‌ی سانتیگراد و فشارهای ۲ تا ۱۰ بار انجام شد. همچنین غشاهای ساخته‌شده با آزمون­های FESEM، FTIR-ATR، DSC و XRD مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که در غشای بهینه حاوی ۱ درصد وزنی نانوذره در بستر پلیمر، مقدار تراوایی گاز CO₂ نسبت به غشای پلیمری خالص در فشار ۱۰ بار، بیش از ۱۲۸ درصد بهبود یافت و به حدود ۲۷۸ بارر رسید و این در حالی بود که گزینش پذیری‌های CO₂/CH₄ و CO₂/N₂ نیز به ترتیب ۱۷۵ و ۱۸۳ درصد بهبود پیدا کردند. دلیل اصلی این بهبود، حضور اتم­های آهن، نیکل و روی در نانوذره­ی به­کار گرفته شده بود که موجب ایجاد برهمکنش بهتر غشای ساخته­شده با گاز CO₂ گردید. همچنین به­دلیل وجود بخش­های CO₂ دوست در ساختار پلیمر پباکس، تراوایی CO₂ در مقایسه با گازهای N₂ و CH₄، بسیار بیشتر می­شود.

چکیده در این مطالعه به بررسی غشاهای شبکه ترکیبی سه جزئی متشکل از Pebax^®1657، PEG200 و چارچوب های MIL-53(Al) در جداسازی گاز CO₂ پرداخته شد و اثرات ناشی از درصدهای وزنی متفاوت PEG-200 و MIL-53(Al) در شبکه پلیمر Pebax بر ساختار، تراوایی گاز و انتخاب‌پذیری غشاها مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی ساختاری، میزان بلورینگی و خواص حرارتی غشاهای ساخته شده، به ترتیب از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) و آزمون گرماوزن سنجی (TGA) استفاده شد. همچنین آزمون طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) جهت بررسی پیوندهای ایجاد شده در ساختار غشاها مورد استفاده قرار گرفت. در تصاویر میکروسکوپی، پخش مناسب ذرات در شبکه پلیمر و سطح یکپارچه غشاها قابل رویت بوده که نشان از ساختاری مناسب و تا حد امکان عاری از عیوب می باشد. نتایج آزمون‌های حرارتی حاکی از افزایش بلورینگی و دمای گذر شیشه‌ای در ازای افزودن ذرات MIL-53 بوده است. تراوایی گازهای خالص دی‌اکسید کربن و متان در دمای °C30 و در محدوده فشاری 2 تا bar 10در غشاهای Pebax خالص، Pebax/PEG و Pebax/PEG/MOF مورد اندازه‌گیری قرار گرفت. نتایج گازتراوایی نشان داد، در فشار bar 10، تراوایی گاز دی‌اکسید کربن از barrer 6/133 در غشای خالص به barrer 7/311 (به میزان 134%) در غشای حاوی 10 درصد وزنی MIL-53 افزایش یافت.