تولید غشای مرکب لایه نازک پلی آمید و بررسی شرایط تهیه غشا بر میزان شار و نمکزدایی

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this study a thin film composite polyamide (TFC) membrane was synthesized and the effect of the preparation factors on its permeation flux and salt rejection were investigated. The TFC membranes generally consist of three structural components: (1) top ultra-thin skin polyamide (PA) membrane; (2) middle polysulfone support; (3) bottom non-woven polyester fabric. The membranes were synthesized in two steps. In the first step, the polysulfone membrane was prepared via wet phase inversion technique. The preparation conditions were changed and their effects on morphology and strength of prepared membranes were studied by Scanning Electron Microscopy (SEM) and tensile analysis. These conditions include the type, composition and temperature of coagulation bath as well as concentration and temperature of solution. In the second step, the thin polyamide membrane was synthesized by interfacial polymerization between solutions of trimesoyl chloride (TMC) in n-hexane and m -phenylenediamine (MPDA) in water. At this stage of the work, the effect of the reaction conditions including monomer concentration, curing time, reaction time and temperature were investigated on the salt rejection and water flux. The ATR-IR spectroscopy was used to determine the influence of these parameters on the structure of the PA membranes. Also, the salt rejection and water flux of the membranes were examined by using them in a RO system operating at 20 bar using 2000 ppm NaCl solution as the feed solution. The results showed that the minimum necessary time for interfacial polymerization reaction was 60 sec and the lower temperature reaction caused an improvement in membrane efficiency. Also, it was observed that the monomer concentration in evaluation range was not effective while increasing the curing time to 20 min led to polymer degradation. The best results for water flux and salt rejection were 19.5 L/m2h and %90, respectively. These results were obtained for the membrane synthesized at polymerization temperature of 6? C, curing time of 5 min, MPDA concentration of 2 %wt and TMC concentration of 0.2 %wt. Keywords: Composite membrane, Desalination, Reverse osmosis, Polyamide, Polysulfone , Wet phase inversion, Interfacial polymerization

هدف از انجام این پژوهش ساخت غشای مرکب لایه نازک پلی آمید و بررسی نقش عوامل موثر هنگام ساخت این غشا بر میزان شار و نمکزدایی آن می باشد. این غشا از سه لایه شامل منسوج بی بافت پلی استر، غشای متخلخل پلی سولفون و غشای متراکم و نازک پلی آمید تشکیل می شود. به هنگام ساخت غشای پلی سولفون به روش وارونگی فازی، عوامل مختلف تهیه شامل حمام انعقاد، غلظت محلول، دمای محلول، دمای حمام آب، ترکیب حمام و دمای حرارت دهی تغییر داده شد و تاثیر آنها بر ریزساختار غشا توسط دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی گردید، سپس دو غشای پلی سولفون با ریزساختار کاملا متفاوت مورد مقایسه از لحاظ استحکام و عبوردهی قرار گرفتند و نتایج نشان داد که غشاهایی با ریزساختار متقارن، متخلخل و با اندازه حفرات کوچک جهت کاربرد به عنوان لایه ی محافظ مناسب ترند. در قسمت ساخت غشای نازک پلی آمید به روش پلیمریزاسیون بین سطحی، عوامل ساخت غشا شامل زمان و دمای انجام واکنش پلیمریزاسیون، غلظت مونومرها و زمان پخت غشا تغییر داده شد و تاثیر آن ها بر کارایی غشا از لحاظ شار و نمکزدایی بررسی گردید ودر ادامه برای تحلیل مقادیر به دست آمده از نتایج آزمون بازتاب مادون قرمز کلی تضعیف شده استفاده شد. بر اساس نتایج حاصل، حداقل زمان لازم جهت انجام و تکمیل واکنش پلیمریزاسیون بین سطحی 60 ثانیه است. باتغییر دمای پلیمریزاسیون از 8 درجه سانتیگراد تا 56 درجه سانتیگراد، مشخص شد دماهای کمتر جهت انجام واکنش مناسب ترند. تغییر غلظت هر یک از مونومرها در محدوده انتخاب شده در این پژوهش، تاثیر چندانی بر شار و نمکزدایی غشا نگذاشت همچنین مشخص شد که زمان پخت دارای یک مقدار بهینه است و انتخاب زمان های زیاد منجر به تخریب پلیمر می شود. بهترین غشای پلی آمید ساخته شده در این پژوهش قادر به 90% نمکزدایی و عبوردهی L/m 2 h5/19 بود. فشار عملیاتی در همه آزمون ها 20 بار و غلظت نمک خوراک ورودی ppm 2000 تنظیم شده بود. کلمات کلیدی: غشای مرکب، نمکزدایی، اسمزمعکوس، پلی آمید، پلی سولفون، وارونگی فازی، پلیمریزاسیون بین سطحی.