سنتز غشاء پلی(وینیل الکل) اتصال عرضی شده با فوماریک اسید و بررسی بهبود خواص و عملکرد غشاء در فرایند تراوش تبخیری با ساخت غشاء های شبکه مرکب pva/nax
چکیده
چکیده در بین فرایندهای غشایی، تراوش تبخیری فرایندی کارآمد جهت جداسازی اجزاء مخلوط های مایع به خصوص آزئوتروپ ها و مخلوط های با نقطه جوش نزدیک به یکدیگر می باشد. از آنجا که غشاء به عنوان قلب فرایندتراوش تبخیری شناخته می شود لذا انجام هرگونه اصلاحی برروی آن جهت دست یابی به مقاومت مکانیکی و حرارتی بهتر و بهبود در خواص جداسازی آن همانند شار و گزینش پذیری ضروری به نظر می رسد. در بین روش های اصلاح غشاءها، روش اتصال عرضی همواره مدنظر محققین این زمینه بوده است. دراین تحقیق غشاءهای پلی(وینیل الکل) با استفاده از فوماریک اسید به عنوان عامل اتصال عرضی در دمای 150 درجه سانتی گراد تهیه و اثر زمان اتصال عرضی بر روی خواص غشاء مورد تحقیق قرار گرفت. مشخصات غشاءهای تهیه شده در سه زمان مختلف اتصال عرضی 10، 30 و60 دقیقه با استفاده از روشهای ftir، tga، xrd،sem و آزمون مقاومت مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت. افزایش گروههای استر حاصل از واکنش بین پلی(وینیل الکل) و فوماریک اسید با افزایش زمان اتصال عرضی توسط آزمون ftir تایید گردید. آزمون tga نشان داد که مقاومت حرارتی غشاء پلی(وینیل الکل) بدلیل متراکم تر شدن زنجیره های پلیمر با افزایش زمان اتصال عرضی بهبود می یابد. همچنین نتایج xrd نشان داد که با افزایش زمان واکنش اتصال عرضی، حذف مناطق بلوری پلیمر و افزایش مناطق آمورف را در پی داشت. بر اساس تصاویر sem افزایش زمان اتصال عرضی هیچ گونه تاثیری در سطح غشاءها نداشت و تنها باعت تراکم عرضی آنها گشته است. هیچ گونه روند مشخصی برای اثر زمان اتصال عرضی بر مقاومت مکانیکی غشاءهای تهیه شده مشاهده نشد. جهت ارزیابی اثر زمان اتصال عرضی بر خواص جداسازی غشاءهای پلی(وینیل الکل)، این غشاءها در آب زدائی از ایزوپروپانول مورد سنجش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که غشاء تهیه شده در زمان 60 دقیقه دارای بیشترین گزینش پذیری در حدود 1492 بود. کمتر بودن مقدار انرژی فعال سازی آب عبوری در مقایسه با مقدار انرژی فعال سازی ایزوپروپانول عبوری تائید کننده خاصیت آب دوستی غشاءهای تهیه شده بود. در بخش دوم این تحقیق به منظور بهبود خواص غشاءهای اتصال عرضی شده، غشاءهای شبکه مرکب با استفاده از پلی(وینیل الکل) و درصدهای مختلف زئولیت nax تهیه و مورد ارزیابی قرار گرفتند. حضور زئولیت در شبکه پلیمر با مشاهده پیک های مربوط به زئولیت nax با استفاده از آزمون ftir به اثبات رسید. نتایج tga نشان داد که با افزایش درصد زئولیت از 10 درصد وزنی به 30 درصد وزنی مقاومت حرارتی غشاءها به میزان قابل توجهی بهبود یافت. افزایش بیش از این مقدار زئولیت باعث ایجاد غشاءهای شکننده و با کارایی نامناسب در فرایند تراوش تبخیری شد. همچنین بر اساس نتایج آزمون xrd افزودن زئولیت به شبکه پلیمر باعث حذف مناطق بلوری و افزایش مناطق آمورف گشت، که تاثیر مثبت قابل توجهی بر شار عبوری از غشاء داشت. آزمون های مکانیکی اثبات کرد که افزایش درصد زئولیت اثرات بسیار مثبتی برمقاومت مکانیکی غشاءهای شبکه مرکب داشت. اثر افزودن زئولیت بر خواص جداسازی غشاءهای شبکه مرکب با استفاده از تست تراوش تبخیری در جداسازی مخلوط متیل ترشیو بوتیل اتر و متانول مورد مطالعه گرفت. نتایج تراوش تبخیری نشان داد که در ترکیب درصد ثابت خوراک افزایش درصد زئولیت باعث افزایش همزمان شار وگزینش پذیری می گردد، به گونه ای که غشاء بدون زئولیت دارای شار kg/m2.hr0449/0 و گزینش پذیری 174 بوده در حالی که با افزایش درصد زئولیت به مقدار 30 درصد وزنی شار به kg/m2.hr 085/0 و گزینش پذیری به 634 افزایش یافتند. علاوه بر درصد زئولیت اثر پارامترهای عملیاتی مانند غلظت و درجه حرارت خوراک بر خواص جداسازی نیز مورد بررسی قرار گرفت. افزایش غلظت و درجه حرارت خوراک افزایش شار و کاهش گزینش پذیری را در پی داشت. با استفاده از رابطه آرنیوس انرژی فعال سازی شار کل، شار متانول و شار متیل ترشیو بوتیل اتر عبوری از غشاء محاسبه گردید. نزدیک بودن مقدار انرژی فعال سازی شار متانول به شار کل در غشاءهای شبکه مرکب نشان می دهد که این غشاءها برای حذف متانول از مخلوط متانول و متیل ترشیو بوتیل اتر بسیار مناسب می باشند.