الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۶۸
کد مقاله
MTL068
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
غشاهای تراتبخیری PVA نازک پایه سرامیکی با ترکیب فلاکس بالا و انتخاب پذیری بالا، تضاد الگوی فلاکس- انتخاب پذیری
نام انگلیسی
Ceramic-supported thin PVA pervaporation membranes combining high flux and high selectivity; contradicting the flux-selectivity paradigm
تعداد صفحه به فارسی
۳۰
تعداد صفحه به انگلیسی
۹
کلمات کلیدی به فارسی
تراتبخیر, آب زدایی, غشای PVA با پایه سرامیکی, الیاف توخالی
دپارتمان مهندسی مواد شیمیایی و شیمی، دانشگاه فن آوری اندوون، هلند
الزویر
مرجع به انگلیسی
Journal of Membrane Science; Department of Chemical Engineering and Chemistry, Process Development Group, Eindhoven University of Technology, The Netherlands; TNO Science and Industry, Division of Materials Technology, The Netherlands; Elsevier
کشور
هلند
غشاهای تراتبخیری PVA نازک پایه سرامیکی با ترکیب فلاکس بالا و انتخاب پذیری بالا، تضاد الگوی فلاکس- انتخاب پذیری
چکیده
لایه های نازک آب گزین پلی (وینیل) الکل با اتصال عرضی و دارای فلاکس بالا و انتخاب پذیری بالا بر روی پایه های سرامیکی با الیاف توخالی تهیه شده اند. این پایه ها شامل یک سوبسترای با الیاف توخالی و یک لایه حدواسط هستند که سطح نسبتا نرمی را برای رسوبگذاری لایه های بسیار نازک PVA فراهم می کنند. خصوصیات غشاها بوسیله SEM و آزمایشهای تراتبخیری تعیین شده است. ضخامت لایه PVA تشکیل شده بر روی لایه حدواسط از مرتبه ۰٫۳-۰٫۸ µm می باشد. هیچ نفوذ قابل توجهی از PVA به داخل لایه حدواسط نمی تواند مشاهده شود. در آب زدایی از ۱- بوتانول ( ۸۰oC، ۵ درصد وزنی آب)، غشاها فلاکس آب بالا (۰٫۸-۲٫۶ kg m-2 h-1) همراه با فاکتور جداسازی بالا (۵۰۰-۱۰,۰۰۰) از خود نشان می دهند.
این مقادیر فلاکس و فاکتور جداسازی از مقادیر نوعی بدست آمده برای غشاهای PVA با اتصال عرضی بر روی پایه های سرامیکی بیشتر است. در آب زدایی از ۲- پروپانول و ۱- بوتانول، با افزایش دما یا غلظت آب، افزایش همزمان فلاکس آب و فاکتور جداسازی، هر دو، مشاهده می شود. این رفتار قابل توجه با رفتاری که عموما در غشاهای پلیمری مشاهده می شود، یعنی افزایش فلاکس نوعا با کاهش فاکتور جداسازی همراه است، در تضاد می باشد. یک توضیح ممکن برای این رفتار، درجه پایین متورم شدگی سه بعدی در مجاورت حدواسط بخاطر افزایش پایداری ساختاری می باشد. در آب زدایی از اتانول و ۱- پروپانول رفتار متداول بین فلاکس و انتخاب پذیری مشاهده می شود.
کلید واژه ها: تراتبخیر، آب زدایی، غشای PVA با پایه سرامیکی، الیاف توخالی
غشاهای تراتبخیری PVA سرامیکی
۱- مقدمه
تراتبخیر یک فرایند امیدبخش برای جداسازی مخلوطهای آزئوتروپ، مخلوطهای دارای نقطه جوش نزدیک به هم، و برای آب زدایی از فرآورده های حساس به دما می باشد. در توسعه غشاهای با فلاکس بالا، تلاشهای زیادی برای تغییر ساختار غشایی از یک فیلم ضخیم متراکم به یک ساختار نامتقارن یا چند سازه (کامپوزیت) به منظور کاهش ضخامت موثر غشا انجام شده است اما کاهش ضخامت، بخاطر داشتن تعداد نقصهای بیشتر، نوعا با کاهش انتخاب پذیری همراه است. بنابراین، این نکته که ضخامت لایه تا چه حد می تواند کاهش داده شود، به جنبه های مختلفی از جمله اندازه حفره، تخلخل و ناهمواری سطح غشا محدود می شود (۱).
در این مقاله، ما سنتز لایه های نازک آب گزین پلی (وینیل) الکل (PVA) با اتصال عرضی و دارای فلاکس بالا و انتخاب پذیری بالا را بر روی یک سوبسترای با الیاف توخالی گزارش می دهیم. برای فراهم کردن یک سطح نسبتا نرم برای لایه PVA بسیار نازک، لایه های حدواسط بر روی سوبسترا تهیه شده اند. پایه های سرامیکی، در مقایسه با پایه های پلیمری، تخلخل سطحی بالا و پایداری ساختاری عالی، مثلا بدون تورم و فشردگی، از خود نشان می دهند درحالیکه مقاومت انتقالی ناچیزی ایجاد می کنند (۳-۱). اصولا، روش تهیه توصیف شده در این مقاله، تولید نسبتا سریع و ارزان قیمت غشای با مساحت سطح زیاد همراه با نسبت بالای مساحت سطح غشا/ حجم نمونه(اتاقک) (>1000 m2 m-3) را امکان پذیر می سازد.این غشاها بوسیله SEM آنالیز شده اند و عملکرد تراتبخیری برای آب زدایی از مخلوطهای آبی الکلی مختلف به صورت تابعی از دما و غلظت آب خوراک، هر دو، تعیین شده است.
غشاهای تراتبخیری PVA سرامیکی
۲- بخش تجربی
۲-۱- تهیه غشا
از پایه های غشایی با الیاف توخالی سرامیکی () (CEPAration ، هلند) با تخلخل ، قطر حفره ۳۰۰ nm ، طول در محدوده ۲۰-۳۰ cm و قطرهای داخلی و خارجی به ترتیب ۲٫۰ و ۳٫۰ mm استفاده شد. در بیرون از این الیاف، لایه های شبه متخلخل(با تخلخل مزو) با چهار بار پوشش دهی غوطه وری متوالی توسط محلول پوششی بوهمیت (boehmite) تهیه شد (۴). برای به حداقل رساندن مقدار نقصها در لایه حدواسط ، این لایه در محیط اتاق تمیز تهیه می شود. لایه حدواسط وسیله پوشش دهی غوطه وری در محلول ۷۵/۰ درصد وزنی PVA (Mowiol 56/98, Clariant) اصلاح شد. جرم مولی متوسط وزنی PVA استفاده شده ۱۹۵ kg mol-1 است که با درجه پلیمریزاسیون متوسط وزنی ۴۳۰۰ مطابقت دارد. درجه آبکافت (هیدرولیز) ۴/۹۸% است. از مالئیک انیدرید (MA) به عنوان عامل اتصال دهنده عرضی با غلظت ۰۵/۰ مول MA به ازای هر مول PVA استفاده شد. این غشاها در دمای ۵۵oC به مدت ۳۰ دقیقه خشک شدند و در دمای ۱۳۰ oC به مدت یک ساعت فرآوری شدند.
۲-۲- تعیین خصوصیات غشا
۲-۲-۱- میکروسکوپی پویشی الکترون
ضخامت لایه های مختلف و خصوصیات سطح بوسیله میکروسکوپی پویشی الکترون و با استفاده از یک دستگاه JEOL 5600 تعیین شد. نمونه ها پیش از آنالیز با لایه نازکی از طلا کاتدپرانی شدند.
۲-۲-۲- تراتبخیر
آزمایشهای آب زدایی از اتانول، ۱- پروپانول، ۲- پروپانول و ۱- بوتانول (برای آنالیز، مرک (Merck)، دارمستات، آلمان) در یک دستگاه تراتبخیر عمومی (۵) در دماهای بین ۵۰ و ۹۰oC و با غلظت آب خوراک بین ۵/۲ و ۱۹ درصد وزنی انجام شدند. در طرف نفوذی، بوسیله آبشاری از تله سرد نیتروژن مایع و یک پمپ خلا، یک خلا ایجاد شد (۱×۱۰۶mPa (10 mbar)). خوراک برای غشا بوسیله غوطه ور سازی غشا در یک ظرف بزرگ محتوی مخلوط الکل/آب تهیه شد. از به هم زدن مناسب (همزنهای با سه تیغه شیب دار قرار گرفته بر روی یک پایه مجزا،۲۱٫۶۶ Hz(1300 rpm)) مخلوط توده ای برای جلوگیری از اثرات قطبیدگی (پلاریزاسیون) در خارج از غشا استفاده شد. افزایش بیشتر سرعت همزن منجر به تغییر کارآیی غشا نمی شود. ترکیب باقیمانده با استفاده از تیتراسیون کارل- فیشر آنالیز شد درحالیکه ترکیب نفوذی با استفاده از کروماتوگرافی گازی آنالیز گردید. کارآیی غشا معمولا بر حسب فلاکس آب و فاکتور جداسازی α بیان می شود.
غشاهای تراتبخیری PVA سرامیکی
۳- نتایج
۳-۱- تعیین خصوصیات غشا
برش عرضی غشای PVA با پایه سرامیک چند سازه ای در شکل ۱ نشان داده شده است. این غشا شامل سه لایه است: لایه آبدوست PVA ، لایه های حدواسط و یک سوبسترای با الیاف توخالی.
در شکل ۱ می توان دید که چهار لایه حدواسط ، یک لایه مجزا به ضخامت ۳-۴ µm بر روی سوبسترایی که یک سطح نرم را برای لایه PVA فراهم می کند، تشکیل می دهد. یک لایه PVA به ضخامت ۰٫۳-۰٫۸ µmبر روی لایه حدواسط تشکیل می شود. این نکته آشکار است که وجود لایه حدواسط تشکیل یک لایه انتخابی نازک و عاری از نقص را امکان پذیر می سازد. علاوه بر این، اندازه کوچک حفره در لایه حدواسط، همانگونه که از شعاع هیدرودینامیکی بزرگ PVA انتظار می رود، از نفوذ قابل توجه PVA به داخل پایه سرامیکی جلوگیری می کند. تخمینی از شعاع هیدرودینامیکی حلقه های پلیمری بوسیله شعاع فلوری، ، داده می شود (۲) که N تعداد واحدهای مونومری در زنجیر و a اندازه مونومر می باشد. با استفاده از اندازه تخمینی مونومر ۰٫۳۷ nm ، شعاع فلوری PVA استفاده شده، ۵۶ nm محاسبه می شود که آشکارا از اندازه حفره لایه حدواسط ۴ nm بزرگتر است.
۳-۲- تراتبخیر
۳-۲-۱- توانایی جداسازی غشا
عملکرد تراتبخیری غشاها برای آب زدایی از ۱- بوتانول تعیین شده است. شکل ۲ نمونه رفتار فلاکس آب و انتخاب پذیری در زمان مشاهده شده برای یک غشای تازه را نشان می دهد. در این شکل معلوم است که پس از یک دوره ۳ روزه، که در آن فلاکس آب کاهش می یابد، هم فلاکس آب و هم انتخاب پذیری پایدار است.
۳-۲-۲- عملکرد آب زدایی از مخلوط های آبی الکلی مختلف- اثر دما
وابستگی دمایی عملکرد تراتبخیر غشای TNO-PVA-4 در آب زدایی از اتانول، ۱- پروپانول، ۲- پروپانول و ۱- بوتانول در محدوده ۶۰-۹۰oC مورد بررسی قرار گرفته است. در شکل a-d3 ، فلاکس آب و فاکتور جداسازی به صورت تابعی از دمای خوراک رسم شده است.
۳-۲-۳- عملکرد آب زدایی از مخلوط های آبی الکلی مختلف- اثر غلظت آب خوراک
آزمایشهای آب زدایی با استفاده از الکلهای مختلف در غلظتهای آب خوراک در محدوده ۷/۴ تا ۵/۱۸ درصد وزنی انجام شده است. در شکل a-d5 فلاکس آب و فاکتور جداسازی به صورت تابعی از غلظت آب خوراک رسم شده اند.
غشاهای تراتبخیری PVA سرامیکی
۴- نتیجه گیری
لایه های آب گزین نازک PVA دارای اتصال عرضی با فلاکس بالا و انتخاب پذیری بالا بر روی سوبسترای با الیاف توخالی تهیه شده اند. لایه حدواسط ، به منظور فراهم آوردن یک سطح نسبتا نرم برای لایه PVA بسیار نازک، بر روی سوبسترا قرار گرفته است. غشاها بوسیله SEM و آزمایشهای تراتبخیری آنالیز شدند. ضخامت لایه بالایی PVA از مرتبه ۰٫۳-۰٫۸ µm است و هیچ نفوذ ذاتی از PVA به داخل لایه حدواسط مشاهده نمی شود.
در آب زدایی از ۱- بوتانول (۸۰oC ، ۵ درصد وزنی آب)، غشاها فلاکس آب بالا (۰٫۸-۲٫۶ kg m-2 h-1) همراه با فاکتور جداسازی بالا (۵۰۰-۱۰,۰۰۰) از خود نشان دادند. این مقادیر برای فلاکس و فاکتور جداسازی بیشتر از مقادیر نوعی بدست آمده از غشاهای PVA با اتصال عرضی بر روی پایه پلیمری بود. با افزایش دما یا غلظت آب خوراک، هم فلاکس و هم انتخاب پذیری غشا در آب زدایی از ۲- پروپانول و ۱- بوتانول بطور همزمان افزایش می یابند. این رفتار قابل توجه با رفتاری که عموما در غشاهای پلیمری مشاهده می شود، یعنی افزایش فلاکس نوعا با کاهش فاکتور جداسازی همراه است، در تضاد می باشد. یک توضیح ممکن برای این رفتار، درجه پایین متورم شدگی سه بعدی در مجاورت حدواسط می باشد. در آب زدایی از اتانول و ۱- پروپانول رفتار متداول بین افزایش فلاکس و کاهش انتخاب پذیری مشاهده می شود.
عملکرد غشاهای چند سازه ای با الیاف توخالی همراه با امکان بازتولید ساده پایه، آنها را نمایندگان (کاندیداهای) جالبی برای انواع کاربردها می سازد. برای ارزیابی این نکته که آیا عملکرد قابل توجه مشاهده شده در این تحقیق، برای ترکیبات دیگری از مواد پلیمری انتخابی و لایه های حدواسط سرامیکی شبه متخلخل(با تخلخل مزو) نیز مشاهده می شود یا نه، تحقیقات بیشتری لازم است.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
