پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
فصلنامه علمی - پژوهشی

بررسی رفتار رئولوژی و شیمی-رئولوژی تعلیقی‌های آلومینا/پلی ساکارید در تولید غشاهای سرامیکی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

ابراهیم قلیزاده
علی اکبر بابالو

مرکز تحقیقات مواد نانوساختار، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی تبریز، تبریز، ایران.

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.

کلیدواژه‌ها

رئولوژی
پلی ساکارید
غشای سرامیکی
شیمی-رئولوژی
آلومینا

موضوعات

عنوان مقاله English

Rheology and Chemorheology Behavior of Alumina/Polysaccharide Suspensions in Ceramic Membranes Production

نویسندگان English

ٍEbrahim Gholizadeh
Ali akbar babaluo
Nanostructure Materials Research Centre, Faculty of Chemical Engineering, Tabriz University of Technology, Tabriz, I.R. IRAN.
چکیده English

Research subject: Membranes and membrane processes have gained significant importance in recent decades, particularly in industries such as water treatment, oil processing, gas separation, and desalination. Among these, ceramic membranes are increasingly preferred due to their outstanding properties, including high mechanical, chemical, and thermal stability, suitable porosity, and high permeation flux. This study focuses on examining the characteristics of alumina ceramic suspensions used in the gel-casting method for fabricating ceramic membranes.

Research approach: This research investigates the influence of polysaccharide compounds as organic additives and binders in the fabrication of ceramic membranes. To optimize the microstructure, the study explores the rheological behavior and gelation time (chemo-rheology) of alumina ceramic powder–polysaccharide suspensions. Key parameters—including temperature, the presence or absence of ceramic powder, and the concentrations of cross-linking agent and binder—were systematically analyzed for their effects on gelation time. Additionally, the microstructure of the final membranes was evaluated using scanning electron microscopy (SEM).

Main results:The results demonstrated that the alumina–polysaccharide system, combined with an aldehyde-based cross-linking agent, is a promising approach for producing complex and robust ceramic green bodies. It was found that at ceramic powder loadings higher than 30 vol%, an increase in temperature by 5–10 °C, along with a two- to threefold increase in the contents of the polysaccharide binder and aldehyde-based cross-linking agent, significantly reduced the gelation time. These findings underscore the critical importance of precisely controlling parameters such as temperature and additive concentrations at a given ceramic powder loading to achieve optimal membrane properties.

کلیدواژه‌ها English

Rheology
chemorheology
Polysaccharide
Ceramic membrane
Alumina
[1] Barati, A., M. Kokabi, and M.H.N. Famili, Drying of gelcast ceramic parts via the liquid desiccant method. Journal of the European Ceramic Society. 23(13): p. 2265-2272. 2003
[2] Bera, O. and M. Trunec, Optimization of fine alumina gelcasting using in situ dynamic rheology. Journal of the American Ceramic Society. 95(9): p. 2849-2856. 2012
[3] Cai, K., Y. Huang, and J. Yang, Alumina gelcasting by using HEMA system. Journal of the European Ceramic Society. 25(7): p. 1089-1093. 2005
[4] Prabhakaran, K. and C. Pavithran, Gelcasting of alumina from acidic aqueous medium using acrylic acid. Journal of the European Ceramic Society. 20(8): p. 1115-1119. 2000
[5] Ma, L., et al., Control of the inner stresses in ceramic green bodies formed by gelcasting. Ceramics international. 32(2): p. 93-98. 2006
[6] Kokabi, M., A.A. Babaluo, and A. Barati, Gelation process in low-toxic gelcasting systems. Journal of the European Ceramic Society. 26(15): p. 3083-3090. 2006
[7] Wan, W., et al., Aqueous gelcasting of silica ceramics using DMAA. Ceramics International. 40(1): p. 1257-1262. 2014
[8] Vlajic, M. and V. Krstic, Strength and machining of gelcast SiC ceramics. Journal of materials science. 37: p. 2943-2947. 2002
[9] Nieto, M.I., I. Santacruz, and R. Moreno, Shaping of dense advanced ceramics and coatings by gelation of polysaccharides. Advanced Engineering Materials. 16(6): p. 637-654. 2014
[10] Lyckfeldt, O., J. Brandt, and S. Lesca, Protein forming—a novel shaping technique for ceramics. Journal of the European ceramic Society. 20(14-15): p. 2551-2559. 2000
[11] Yang, J., J. Yu, and Y. Huang, Recent developments in gelcasting of ceramics. Journal of the European Ceramic Society. 31(14): p. 2569-2591. 2011
[12] Chevalier, E., D. Chulia, C. Pouget, and M. Viana, Fabrication of porous substrates: a review of processes using pore forming agents in the biomaterial field. Journal of Pharmaceutical Sciences. 97(3): p. 1135-1154. 2008
[13] Bonderer, L.J., et al., Strong and ductile platelet-reinforced polymer films inspired by nature: Microstructure and mechanical properties. Journal of Materials Research. 24(9): p. 2741-2754. 2009
[14] Sun, F., et al., Preparation of multi-layered film of hydroxyapatite and chitosan. Materials Science and Engineering: C. 30(6): p. 789-794. 2010
[15] Mohanty, S., A.P. Rameshbabu, and S. Dhara, α‐Alumina fiber with platelet morphology through wet spinning. Journal of the American Ceramic Society. 95(4): p. 1234-1240. 2012
[16] Nuernberg, G.D., et al., A novel synthetic route for magnesium aluminate (MgAl2O4) particles using metal–chitosan complexation method. Chemical engineering journal. 193: p. 211-214. 2012
[17] Brandi, J., J.C. Ximenes, M. Ferreira, and R. Salomao, Gelcasting of alumina–chitosan beads. Ceramics International. 37(4): p. 1231-1235. 2011
[18] Morissette, S.L. and J.A. Lewis, Chemorheology of aqueous‐based alumina‐poly (vinyl alcohol) gelcasting suspensions. Journal of the American Ceramic Society. 82(3): p. 521-528. 1999
[19] Chu, T.M.G. and J.W. Halloran, Curing of highly loaded ceramic suspensions in acrylates. Journal of the American Ceramic Society. 83(10): p. 2375-2380. 2000
[20] Aboulfazl Barati, M.K. and A. Babaluo, The effect of polymethacrylic acid polyelectrolytes on the stability of alumina suspension systems. Journal of Polymer Science and Technology. 15(2). 2002
[21] Babashov, V. and N. Varrik, Gel Casting Method for Producing Ceramic Materials: A Review. Glass and Ceramics. 80(1): p. 9-16. 2023
[22] Hawash, H.B., et al., Synthesis and functionalization of cross-linked molecularly imprinted polymer (MIP) microwave-assisted for recognition and selective extraction of lead (II) and arsenic (V) from water: Isotherms modeling and integrative mechanisms. Chemical Engineering Journal. 475: p. 146019. 2023
[23] Kaieda, S., T.S. Plivelic, and B. Halle, Structure and kinetics of chemically cross-linked protein gels from small-angle X-ray scattering. Physical Chemistry Chemical Physics. 16(9): p. 4002-4011. 2014
[24] Franks, G.V. and Y. Gan, Charging behavior at the alumina–water interface and implications for ceramic processing. Journal of the American Ceramic Society. 90(11): p. 3373-3388. 2007
[25] Mucha, M., S. Ksiazek, and H. Kaczmarek, Activation energy of copper-induced thermal degradation of chitosan acetate functional groups. Journal of Polymer Engineering. 35(3): p. 231-239. 2015
[26] Al Sagheer, F., M. Al-Sughayer, S. Muslim, and M. Elsabee, Extraction and characterization of chitin and chitosan from marine sources in Arabian Gulf. Carbohydrate polymers. 77(2): p. 410-419. 2009
[27] Emani, S., R. Uppaluri, and M.K. Purkait, Preparation and characterization of low cost ceramic membranes for mosambi juice clarification. Desalination. 317: p. 32-40. 2013

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما