ترریسی و جت خشك آرایش یافتگی برشی غشای لیفی اولترافیلتراسیون

ترریسی و جت خشك آرایش یافتگی برشی غشای لیفی اولترافیلتراسیون – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  نساجی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

ترریسی و جت خشك آرایش یافتگی برشی غشای لیفی اولترافیلتراسیون

ترریسی و جت خشك آرایش یافتگی برشی غشای لیفی اولترافیلتراسیون

تاثیر تر ریسی و جت خشك- تر ریسی بر روی آرایش یافتگی برشی ایجاد شده در حین تشكیل غشاءهای لیفی توخالی بواسطه فرآیند اولترافیلتراسیون

چكیده

ما تاثیر تر ریسی و جت خشك- تر ریسی روی آرایش یافتگی برشی ایجاد شده در حین تشكیل غشاء لیفی را با مشخص كردن خصوصیاتی نظیر قابلیت نفوذپذیری، كارائی جداسازی و خواص ترمومكانیكی غشاءهای اولترافیلتراسیون لیفی توخالی نشان دادیم. هر دو گونه الیاف حاصل از تر ریسی و جت خشك- تر ریسی بواسطه استفاده از فرآیندهای معكوس فازی آماده شدند. حفره (فضای) هوایی 1 سانتیمتر بمنظور كمینه كردن تاثیر نیروی جاذبه برای فرآیند جت خشك- تر ریسی انتخاب شد. برای تعمیم دادن نتایجمان غشاءهای اولترافیلتراسیون توخالی لیفی گوناگونی با ساختارهای متفاوت با استفاده از 6 محلول ریسندگی (دوپ) با انواع مختلفی از پلیمرها، حلال‌ها و مواد افزودنی تحت سرعت‌های برشی مختلف، آماده شدند. نتایج تجربی نشان می‌دهند كه جریان آب خالص، ضریب انبساط حرارتی (CTE) و ازدیاد طول الیاف تر ریسی شده از الیاف جت خشك- تر ریسی شده كمتر است. اما كارائی حلاسازی، مدول ذخیره، مدول افت و استحكام كششی الیاف تر ریسی شده بالاتر است. نتایج نشان می‌دهند كه لیف تر ریسی شده دارای منافذ كوچكتر و پوسته تراكم‌تر از لیف ریسیده شده به روش جت خشك- تر ریسی است. این نتایج فرضیات ما را درباره اینكه آرامش یافتگی ملكولی ایجاد شده در پوسته خارجی لیف تولید شده بواسطه تنش برشی درون رشته‌ساز (اسپنیرت) می‌تواند در لیف تر ریسی شده بصورت متمركز و بسته و در ناحیه حفره كوچك هوایی در لیف         جت- خشك تر ریسی شده بصورت آزادتر و بازتر وجود داشته باشد را تایید می‌كنند. نتایج تجربی قویا نشان می‌دهند كه حفره‌ هوایی 1 سانتیمتر تاثیر چشمگیری بر روی كارائی غشاء می‌گذارد. این نتیجه از این حقیقت ناشی می‌شود كه الیاف تر ریسی شده دارای آرامش یافتگی ملكولی برشی بالاتری (از اسپنیرت) از الیاف جت خشك- تر ریسی شده می‌باشند و استراحت ملكولی قوی در حفره هوایی وجود دارد. غشاء اولترافیلتراسیون (UF) لیفی توخالی با جریان بالای 1220 L/h m² بار (bar) را می‌توان با شیوه ارائه شده در این مقاله تولید كرد.

واژه‌های كلیدی: آرامش یافتگی ایجاده شده برشی، اثر حفره هوایی، غشاء‌های اولترافیلتراسیون، تشكیل غشاء، اندازه منفذ

1- مقدمه

به خوبی معلوم است كه تشكیل غشاءهای لیفی توخالی از باغشاء‌های صفحه‌ای صاف در حین تشكیل غشاء شامل پارامترهای كنترلی بیشتری است. اغلب پارامترهای درگیر ساختمان و ابعاد اسپنیرت [6-1]،‌ وسكوزیته و قابلیت ریسندگی محلول ریسندگی [10-7]، اختلاف دمائی میان محلول ریسندگی و محیط خنك كننده [12-11]، سرعت اكتروژن محلول ریسندگی [17-13 و 5]، سرعت جریان محلول ریسندگی [21-18 و 5]، تركیب و درجه حرارت جریان محلول و انعقاد خارجی [27-22 و 19]، سرعت تبادل نسبی میان حلال و انعقاد در سطوح داخلی و خارجی سطوح لیف تشكیل شده [30-28]، سرعت برداشت لیف [33-31 و 5]، طول حفره هوائی [36-34-27-26-21-19-15-9 و 5] و غیره می‌شود. در نتیجه فاكتورهای تشكیل دهنده از سایرین از پیچیدگی بیشتری برخوردارند. پیكربندی غشاء لیفی توخالی امروزه در اغلب كاربردها گزینه منتخب است، چرا كه این نوع غشاء‌ها نسبت به غشاء‌های ورقه‌ای مسطح دارای مزایای گوناگونی هستند[38 و 37]. از نقطه نظر بنیادی مطالعات كمی بر روی تاثیر آرامش یافتگی ایجاد شده برشی همراه با فاصله حفره هوایی در حین تشكیل لیف توخالی بر روی غشاء اولترافیلتراسیون وجود دارد، بنابراین در این مقاله بر روی این موضوع متمركز شدیم.

تنش‌های متفاوتی ممكن است بر روی آرامش یافتگی ملكولی در حین تشكیل الیاف توخالی وارد شود. زمانیكه محلول پلیمر از اسپنیرت (رشته‌ساز) بصورت یك استوانه اكسترود می‌شود، تنش برشی درون این حلقه به جریان مذاب وارد می‌شود‍‍]40 و 39]. بیشترین تنش برشی معمولا مطابق با كار تحقیقاتی Bird و همكارانش Shilton [40]، در دیواره اسپنیرت وارد می‌شود. علاوه بر این ماكرو ملكولهای پلیمری در حین خروج از رشته‌ساز ممكن است دچار پدیده تورم حدیده‌ای شوند و پس از استراحت یافتن اگر میان رشته‌ساز و حمام انعقاد خارجی فاصله (سافت) هوایی وجود داشته باشد. بلافاصله آرامش یافتگی خودشان را تغییر خواهند داد (این نظریه بیشتر در سطح خارجی لیف تشكیل شده صادق است) [38 و 17]. علاوه بر این تنش ازدیاد طول در بیرون از اسپنیرت با افزایش در فاصله هوایی به دلیل نیروی جاذبه محلول ریسندگی [35-34 و 15] افزایش خواهد یافت و تنش خط ریسندگی [44-42] اگز نرخ كشش لیف افزایش یابد، زیاد می‌شود كه همین امر موجب افزایش آرامش یافتگی ملكولی می‌شود. در نهایت تنش‌های مختلف ممكن است تاثیرات چشمگیری بر روی آرامش یافتگی ملكولی زنجیرهای پلیمری در سطح لیف تولید شده داشته باشند. در نتیجه استرس‌های احتمالی ممكن است بر روی تشكیل پوسته و كارائی جداسازی اثرگذار باشند، مثلا می‌توان به خواص ترمومكانیكی الیاف نهایی تشكیل شده وابسته به استرس غالب است، اشاره كرد.

غشاء‌های لیفی توخالی نه تنها شامل پوسته خارجی بلكه دارای پوسته دو گانه‌ای است كه بمنظور تایید این مطلب كه پوسته داخلی تراكم بر روی تجزیه و تحلیل داده‌ای آرامش یافتگی ملكولی سطح خارجی الیاف توخالی تاثیرگذار است، مورد مطالعه قرار گرفت. این تحقیق نه تنها غشاءهای لیفی توخالی را از نظر مورفولوژی، جریان و جداسازی بررسی می‌كند، بلكه سعی بر این دارد كه خواص ترمومكانیكی الیاف را با آرامش یافتگی ملكولی مرتبط سازد.

ترریسی و جت خشك آرایش یافتگی برشی غشای لیفی اولترافیلتراسیون

2- تجربیات

1-2- مواد مورد استفاده

پلی‌اترسولفون RADEL A-300 (PES) و پلی‌سولفون (PSf) از شركت     Amoco Performance Products اوهایو، آمریكا، خریداری شد. N– میتل-2- پیرولیدن (NMP, >99%)، N,N– دی‌متیل (DMA_C, >99%) lacetimide، N,N– دی‌متیل فورمامید، دی‌اتیلن گلیكول (DG) و 1و2 پروپان دیول (1و2- PD) توسط Merck تهیه شد. سه گونه از پلی(وینیل پیرولدین) (PVP) از Acros Organics ، نیوجرسی، آمریكا، PVP10K (متوسط وزن ملكولی 10000)، PVP29K (متوسط وزن ملكولی 02900)، PVP40K (متوسط وزن ملكولی 40000) و آلبومین سرم bovine (BSA) (وزن ملكولی 67000) از Fluka برای بررسی كارائی جداسازی الیاف استفاده شدند. سایر حلال‌های آلی از نوع معرف‌ها بودند و با دریافت، مصرف می‌شدند.

2-2 سنجش خصوصیات رئولوژیكی محلول ریسندگی و آماده‌سازی غشاء‌های اولترافیلتراسیون لیف توخالی

محلول یكنواخت ریسندگی با روش زیر آماده شد: ابتدا حلال و مواد افزودنی درون بطری شیشه‌ای به خوبی مخلوط شد، سپس پلیمر خشك شده درون آون به مخلوط درون بطری اضافه شد. در آخر كار بطری حاوی مخلوط بر روی ماشین چرخان به مدت یك هفته و در دمای اتاق چرخیده شد (حركت دورانی).

به منظور مطالعه خصوصیات رئولوژیكی محلول ریسندگی درون اسپنیرت رئولوژ سنج علمی ARES Rheometric برای تعیین تنش برشی محلول ریسندگی بعنوان تابعی از سرعت (نرخ) برش استفاده شد. آزمایش‌ها درون صفحه مخروطی (cone-plate) 25 میلیمتری در دمای C°25 انجام شد و برش در حالت پایدار در رنج 1-100_s^-1 اندازه‌گیری شد. مدل قانون توان [46 و 41 و 40] برای مناسب كردن این داده‌های رئولوژیكی و رابطه بین تنش برشی (N/m²) τ و نرخ برشی (s^-1) γ مطابق با رابطه زیر عمل شد:

3-2- مطالعه مورفولوژی الیاف توخالی با استفاده از میكروسكوپ الكترونی پیمایش (SEM)

الیاف خیس آبكشی شده درون نیتروژن مایع غوطه‌ور شدند و برای بدست آوردن یك سطح مقطع كامل تحت عملیات شكست قرار گرفتند. سپس با روش خشك كردن هوا- هگزان- اتانول خشك شدند و سپس با طلا و پوشش دهنده BAL-TEC برای مطالعه SEM پوشانده شدند. نمونه‌های لیف تحت PHILIPS XL 30 SEM برای تعیین مورفولوژی مشاهده شدند.

4-2- سنجش جریان آب و كارائی جداسازی غشاء‌های اولترافیلتراسیون لیفی

آزمایش‌های ما با فیلتراسیون جریان عرضی انجام شد. برای الیاف با پوسته خارجی، محلول تغذیه به سمت پوسته واحد پمپ شد و جریان نفوذ از لومن الیاف بیرون آمد كه جزئیات بیشتر در جای دیگری ارائه شده است[17]. برای الیاف توخالی با پوسته‌های دوگانه، محلول تغذیه به سمت لومن الیاف تغذیه شد و جریان نفوذ (permeate) در انتهای واحد U شكل جمع‌آوری شد. دیاگرام شماتیك برای تغذیه فرآیند به منظور سنجش قابلیت نفوذ و كارائی جداسازی غشاء‌های اولترافیلتراسیون در شكل 2 نشان داده شده است. 10 لیف با طول 30 سانتیمتر در واحد آزمایش نصب شدند. سه واحد برای هر نمونه آزمایش شد و متوسط كارائی‌ آنها گزارش شد.

5-2- بررسی خواص ترمومكانیكی الیاف توخالی

خواص ترمومكانیكی الیاف رسیده شده در قالب فاكتورهای ضریب انبساط حرارتی Tg , (CTE)، مدول ذخیره (storage modulus) و مدول افت (loss modulus) بیان می‌شود. برای سنجش CTE غشاء‌های لیفی توخالی، نمونه خشك شده از دمای اتاق تا دمای C°250 با سرعت گرم كردن min/ C°5 تحت حرارت قرار گرفت و تغییر ابعاد محوری لیف توخالی در مقابل درجه حرارت با استفاده از ابزارهای حرارتی TMA 2940 مشاهده شد. طول نمودار در حدود 15 میلیمتر بود. CTE برای تمام الیاف در دامنه دمائی C°100-50 محاسبه شد. برای اندازه‌گیری مدول ذخیره و مدول افت لیف نمونه با طول تقریبی 10 میلیمتر از دمای اتاق تا دمای C°250 با سرعت min/ C°3 گرم شد و فركانس با ابزار حرارتی DMA 2980 تنظیم شد. حداقل 3 عدد لیف برای هر نمونه و برای هر دو TMA و DMA و برای مشاهده قابلیت تولید مجدد آزمایش شد. تنش كششی و ازدیاد طول در نقطه پارگی الیاف با استفاده از اینسترون 5542 با سرعت ثابت ازدیاد طول 50 mm/min در دمای اتاق (C°1± 24) و رطوبت نسبی 2% ± 75 اندازه‌گیری شد. برای هر نمونه تقریبا 10 لیف آزمایش شد و متوسط داده‌ها گزارش شد. خواص ترمومكانیكی لیف برای كسب اطلاعات غیر مستقیم در مورد آزمایش یافتگی ملكولی الیاف توخالی ریسیده شده، تعیین و بررسی شد.

ترریسی و جت خشك آرایش یافتگی برشی غشای لیفی اولترافیلتراسیون

3- بحث و نتیجه‌گیری

1-3- تاثیر فرآیند تر ریسی بر روی مورفولوژی غشاء‌های اولترافیلتراسیون لیفی توخالی  

ابعاد دو مورفولوژی الیاف توخالی ریسیده شده به دو روش تر و جت خشك- تر ریسی همراه با محلول‌های ریسندگی متفاوت در جدول 4 بصورت خلاصه آورده شده است. در تمام موارد قطر لیف تر ریسی شده بزرگتر از لیف مشابه تولید شده به روش جت- خشك تر ریسی شده است. شكل 3 یك مثال در این مورد را نشان می‌دهد. دلیل این موضوع ناشی از این حقیقت است كه ماكرو ملكولهای پلیمری هنگام خروج از رشته‌ساز و مطابق با شكل 4 دچار پدیده تورم حدیده‌ای می‌شوند. در فرآیند تر ریسی تورم حدیده‌ای ممكن است بلافاصله توسط آب منعقد شود و آرامش یافتگی حاصل شده درون رشته‌ساز ممكن است تبدیل به پوسته خارجی جامد شده سفت شود (در الیاف تر ریسی شده). ممكن است تورم قبل از ورود الیاف تشكیل شده به درون حمام انعقاد ناپدید شود و برای الیاف ریسیده شده به روش جت خشك- تر ریسی اگر فاصله هوایی یك سانتیمتر باشد، آرامش یافتگی ایجاد شده برشی ممكن است به حالت استراحت برسد. علاوه بر این نیروی جاذبه بر روی ازدیاد طول تاثیر می‌گذارد و موجب كشیده شدن لیف می‌شود. در نتیجه تر ریسی موجب تولید غشاء‌های توخالی با پوسته خارجی متراكم‌تر و یا اندازه منافذ كوچكتر می‌شود كه همین امر موجب كاهش یافتن جریان و كارائی بالاتر جداسازی در مقایسه با الیاف ریسیده شده به روش جت خشك- تر ریسی می‌شود. این موضوع توسط نتایج بعدی اثبات می‌شود.

2-3- تاثیر ترریسی و جت خشك- تر ریسی بر روی اندازه منافذ غشاءهای اولترافیلتراسیون لیفی توخالی

 به منظور تقویت فرضیات اعمال شده در مورد اینكه آرامش یافتگی ایجاد شده در سطح خارجی توسط تنش برشی درون اسپنیرت (رشته‌ساز) در الیاف تر ریسی شده می‌تواند بصورت بسته و منقبض شده وجود داشته باشد، اما ممكن است در ناحیه فاصله هوایی الیاف جت خشك- تر ریسی شده بصورت استراحت یافته وجود داشته باشد. اندازه منفذ غشاء‌های اولترافیلتراسیون لیفی توخالی مشخص و بررسی شد. علاوه بر این برای تایید طراحی ما در مورد این موضوع كه پوسته داخلی لیف توخالی با لایه‌های دو گانه برای تحلیل داده‌های مربوط به آرامش یافتگی ملكولی بر روی سطح خارجی غشاء، به مشخص كردن اندازه منفذ غشاء پرداخته شد.

3-3- تاثیر تر ریسی و جت خشك- تر ریسی بر روی خواص ترمومكانیكی

به منظور تایید بیشتر فرضیاتی كه ادعا می‌كنند آرامش یافتگی ایجاد شده در سطح خارجی بواسطه تنش برشی درون رشته‌ساز می‌تواند در الیاف تر ریسی شده منقبض و جمع شده باشد، اما در منطقه فاصله هوایی برای الیاف ریسیده شده به روش جت خشك- تر ریسی بصورت آزاد و استراحت یافته باشد، آنالیزهای ترمومكانیكی استفاده شد.

ترریسی و جت خشك آرایش یافتگی برشی غشای لیفی اولترافیلتراسیون

4- نتیجه‌گیری

با استفاده از فرآیند معكوس فازی، ما تاثیر تر ریسی و جت خشك- تر ریسی را بر روی قابلیت نفوذپذیری، كارائی جداسازی و خواص مكانیكی غشاء‌های اولترافیلتراسیون لیفی توخالی نشان دادیم. ما این غشاء‌ها را با ساختارهای متفاوت و با استفاده از انواع مختلفی از پلیمرها، حلال‌ها و مواد افزودنی تهیه كردیم. نتایج تجربی نشان دادند كه آرامش یافتگی ملكولی ایجاد شده در سطح خارجی لیف تولید شده بواسطه تنش برشی اعمال شده درون رشته‌ساز می‌تواند در الیاف تر ریسی شده منقبض و بسته باشد اما ممكن است در ناحیه حفره هوایی بصورت آزاد و استراحت یافته باشد. در نهایت الیاف تر ریسی شده دارای منافذ كوچكتر و یا پوسته متراكم‌تری از الیاف ریسیده شده به روش جت خشك- تر ریسی می‌باشند كه ناشی از آرامش یافتگی ملكولی بالاتری است كه در الیاف تر ریسی شده وجود دارد. علاوه بر این، جریان آب خالص، CTE و ازدیاد طول الیاف تر ریسیده شده كمتر از نوع دیگر است، اما كارائی جداسازی، مدول ذخیره، مدول افت و استحكام كششی نوع اول از دوم بالاتر است. از نتایج مشخص شد كه برای غشاء‌های با لایه خارجی، الیاف تر ریسی شده به نحو چشمگیری دارای جریان كمترند ولی جداسازی بالاتری نسبت به نوع دوم دارند. هر چند برای غشاء‌های با لایه‌های دوگانه، الیاف تر ریسی شده مشخصا دارای جریان كمتر بوده، اما به مقدار جزئی جداسازی بالاتری نسبت به الیاف ریسیده شده با نوع دوم دارند. علاوه بر این نتایج پیشنهاد كردند كه غشاء اولترافیلتراسیون توخالی با جریان بالای L/h m² bar1220 را می‌توان با شیوه ارائه شده در این مقاله، تهیه كرد.

ترریسی و جت خشك آرایش یافتگی برشی غشای لیفی اولترافیلتراسیون