بهبود عملکرد گروههای عاملی در غشاهای تبادل یونی الکترودیالیز
چکیده
جداسازی مواد توسط غشا ها از فرایند های ضروری در صنعت و زندگی انسان به شمار می رود. در این میان غشاهای حامل گروههای عاملی باردار از انواع پیشرفته این اجزای جداسازی می باشند. این غشاها که تحت عنوان غشاهای تعویض یون نیز معروف هستند، به صورت گسترده در فرایند های موسوم به الکتروممبرین مورد استفاده قرار می گیرند. این غشاها می توانند دارای بار منفی یا مثبت وساختار متخلخل یا غیر متخلخل باشند. کار ویژه غشاهای تعویض یون جداسازی مطلوب یونها با مصرف انرژی پایین است. صرف نظر از بار الکتریکی، غشاهای تعویض یون می توانند در دو دسته بزرگ همگن و ناهمگن نیز دسته بندی شوند. مهمترین ویژگیهایی که برای یک غشاء تعویض یونی مطلوب باید مورد توجه قرار گیرد عبارتند از: انتخابگری بالا، پایداری مکانیکی و شیمیایی مناسب و مقاومت الکتریکی پایین. در این تحقیق انواع جدیدی از غشاهای تعویض یون با روش تغییر فاز تهیه شده و سعی بر این بوده است که کارایی نسبی گروههای عاملی در این سری از غشاها، برای استفاده در فرایند الکترودیالیز آزمایشگاهی افزایش یابد. بدین منظور غشاهای تعویض یونی دست ساز (هم از نوع گروه عاملی دارای بار مثبت و هم از نوع گروه عاملی دارای بار منفی) با استفاده از پلیمرهای مختلف تهیه شد و تاثیر چند عامل مهم (اولتراسونیک ، نسبت اختلاط پلیمری، درصد رزین در ساختار غشاهای ناهمگن، و نیز حضور مواد افزودنی) بر روی کارایی گروههای عاملی آنها بررسی گردید. درکار نخست با استفاده از مخلوط اس- پلی وینیل کلراید (s-pvc) و پلی کربنات تجاری(pc) در نسبتهای مختلف، غشاهای تعویض کاتیونی هتروژن تهیه شد. در غشاهای تهیه شده سازگاری بسیار خوبی بین زنجیرهای پلیمری دونوع پلیمر مشاهده شد. علاوه بر این تاثیر نسبتهای مختلف اختلاط پلیمری بر روی خواص الکترو شیمی و خواص ساختاری غشاها نشان داده شده است. در کار دوم تاثیر میزان رزین روی ساختار و خواص مکانیکی و الکتروشیمیایی غشاهای هتروژن بررسی شده است. در این کار از s-pvc و پودر رزین تعویض کاتیونی و حلال تترا هیدروفوران برای تهیه غشاها استفاده شد. همچنین خواص الکتروشیمیایی غشاهای تهیه شده در محلول الکترولیت حاوی یونهای تک ظرفیتی(سدیم کلراید) و دوظرفیتی( باریم کلراید) به منظور مشاهده انتخابگری غشاهای تهیه شده در مقابل انواع متفاوت از یونهای متضاد، مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. در کار بعدی تاثیر کربن فعال، به عنوان یک ماده افزودنی معدنی، و نیز اثر استفاده از امواج صوتی، بر روی ساختار و کارایی غشاهای تعویض یونی دست ساز بررسی شده است. در این کار غشاهای تعویض آنیونی هتروژن با استفاده از مخلوط پلیمری s-pvc و sbr ( استایرن بوتادی ان رابر)، پودر رزین تعویض آنیونی و حلال تتراهیدروفوران تهیه شدند. کار چهارم در ارتباط با تاثیر سدیم دودسیل سولفات (sds) به عنوان یک ماده افزودنی آلی، در ساختار و خواص غشاهای تعویض کاتیونی انجام شده است. در این بررسی مخلوط پلیمری s-pvc و sbr ، پودر رزین تعویض کاتیونی ، sds و حلال تتراهیدروفوران برای تهیه غشاهای ناهمگن تعویض یونی مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این برای توزیع بهتر ذرات و جلوگیری از تجمع آنها، مخلوط حاوی ذرات رزین، sds و محلول پلیمرها قبل از کشیده شدن بر روی شیشه به مدت سی دقیقه در معرض امواج صوتی قرار گرفت. مازاد بر کارهای فوق درتهیه غشاهای ناهمگن و تلاش در جهت افزایش کارایی گروههای عاملی آنها، کار نهایی به منظور تهیه غشاهای تعویض کاتیونی همگن با خواص مناسب برای استفاده در شرایط سخت ( همچون فرایند کلرالکالی) انجام شده است. این غشاها با استفاده از پلی وینیلیدن دی فلوراید(pvdf) و سولفونیل پلی 2و6 - دی متیل 1و4- فنیلن اکسید(sppo) تهیه شد. به منظورافزایش سازگاری بین pvdf وsppo برای تهیه این نوع جدیداز غشاهای همگن، مواد شیمیایی مختلف استفاده شد. سپس غشاهای پلیمری با استفاده از pvdf اصلاح شده وsppo تهیه گردید و ویژگیهای مهم برای غشاهای تعویض کاتیونی بر روی آنها مورد بررسی قرار گرفت.