Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Amiri
محمد امیری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Moshkelani
مریم مشکلانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1382

TITLE

‍Characterization of Colloidal Gas Aphron by Electrical Conductivity
Colloidal Gas Aphrons (CGAs) are microbubbles with colloidal properties which were first introduced by Sebba in 1971. The spherical bubbles are typically 10-100 mm in diameter and consist of a gaseous inner core surrounded by a thin aqueous surfactant film composed of at least two surfactant layers and an outer electrical layer. CGAs are produced by intense stirring of a surfactant solution at the speed of (6000-8000 rpm). This, leads to entraining air and finally micro bubble formation. When CGA produced, volume almost triples; therefore 65-70% volume fraction of suspension consists of air. This property makes CGA the third lightest fluids after hydrogen and helium. CGAs separate easily from bulk liquid and transform into a clear solution at the bottom and foamy suspension at the top during drainage process. Due to CGA structure and size distribution, they exhibit high stability, and can be transferred by Peristaltic pump to the end point of use. Their high interfacial area makes them efficient in separation processes. Several applications have been proposed and studied for CGA like: firefighting, biotechnology, waste treatment, heavy metal removal, protein recovery, bioremediation, flotation, enhancement in mass transfer, well bore drilling fluid, and tissue engineering. Drainage is a popular method for characterization of CGA dispersion. In this technique, the variation of drained liquid volume with time is measured. This measurements results in a drainage curve mainly composed of two distinct stages. The first stage accounts for removal of more than 90% of bulk liquid. The second stage through which foam films gradually rupture and bubbles collapse is slow due to capillary pressure control and plateau border suction. The deficiency of this method is that although the second stage is very time taking, but it is not informative for characterization of CGA dispersion in conventional drainage measurement. In this dissertation, characterization and potential application of CGAs have been investigated. A novel technique is proposed in this dissertation for CGA characterization using integrated and differentiated electrical conductivity measurements. In comparison with conventional drainage mechanism, differentiated EC approach depicts three stages, which are: initial low EC stage, constant EC stage and final rising EC stage. Surfactant concentration measurements have also been done and the results support electrical conductivity data. In addition, in this work, potential application of CGAs in recovery of glucoamylase enzyme from biomass was studied. Two different experimental methods were applied. Cationic and anionic surfactants were tested for a pH range. Integrated method revealed better separation efficiency for cationic surfactants.
افرون کلمه‌ای یونانی به مفهوم کف است که برای متمایز کردن نوعی از حبابهای دوجداره از حبابهای معمولی در سال 1971 توسط پروفسور سبا پیشنهاد شد. افرونهای کلوئیدی گازی حبابهای میکرونی پایداری هستند که ساختار آنها متشکل از هسته مرکزی گازی و غشا نازک صابونی است. روش تولید افرون از طریق اختلاط بسیار سریع (8-6 هزار دور بر دقیقه) یک محلول بسیار رقیق از ماده فعال سطحی (چند میلی مولار) میسر است. سطح فصل مشترک و نیز پایداری زیاد و همچنین جدا شدن آسان از فاز پیوسته از خصوصیات منحصر به فرد سوسپانسیون افرونهای کلوئیدی گازی است که آنها را از دیگر پدیده‌ها متمایز کرده و کاربردهای متفاوتی را برای آنها ممکن ساخته است. از جمله این کاربردها استخراج یونهای سنگین فلزی، افزایش ضریب انتقال جرم، تصفیه سوسپانسیونها، بیوتکنولوژی، سیال حفاری چاههای نفت ، مهندسی بافت و جدا کردن آلودگیهای محیط زیست می‌باشد. از آنجائیکه حبابهای افرونی دانسیته کمتری از مایع دارند، به هنگام سکون سوسپانسیون،‌ به طرف سطح مایع حرکت کرده و دوفازی می‌شوند و اصطلاحاً پدیده تخلیه روی می‌دهد. تا کنون مطالعه پدیده دو فازی شدن مهمترین روش در بررسی خصوصیات و ساختار افرونهای کلوئیدی گازی بوده است. روش معمول در بررسی این پدیده، اندازه‌گیری حجم تجمعی فاز پیوسته جدا شده بر حسب زمان بوده است. در این روش با استفاده از یک استوانه مدرج، سرعت حرکت فصل مشترک مابین فاز پراکنده (کف) و فاز پیوسته (توده مایع) مورد بررسی قرار می‌گیرد. بر اساس این روش، فرایند تخلیه به دو فاز ماکروسکوپی و میکروسکوپی تقسیم می‌شود. در فاز ماکروسکوپی، مایع بالک (حدوداً 90 درصد کل توده مایع) تحت تاثیر نیروی جاذبه، سریعاً از میان حبابها تخلیه می‌شود. در فاز میکروسکوپی، فیلم نازک مایع بین دو حباب محصور در مرزهای پلاتیو، تحت تاثیر فشار موئینگی و جاذبه واندروالس تخلیه می‌شود. در این رساله، مطالعه ساختاری و کاربردی سوسپانسیون افرونهای کلوئیدی گازی مد نظر بوده است. مطالعه ساختاری سوسپانسیون افرونهای کلوئیدی گازی با شناخت بهتری از افرونها و پایداری آنها، اطلاعات گسترده‌ای را در زمینه‌های کاربردی در اختیار قرار می‌دهد. از این رو شناخت ساختاری افرونها در این رساله از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. بدین منظور هدایت الکتریکی انتگرالی و دیفرانسیلی مایع شفاف تخلیه شده از سوسپانسیون افرونی، برای اولین بار، مطرح و مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج حاصل از آن، با اندازه‌گیریهای مربوط به تغییرات غلظت ماده فعال سطحی در محلول پیوسته، در طول فرایند تخلیه مقایسه شده است. نتایج حاصل نه تنها یکدیگر را تأیید می‌کنند، بلکه بر سه فازی بودن پدیده تخلیه اذعان ‌دارند. سه مرحله شناسایی شده تخلیه عبارتند از: مرحلة اولیة با هدایت الکتریکی کم، مرحلة دوم با هدایت الکتریکی ثابت و مرحلة سوم با هدایت الکتریکی افزایشی. درادامه، به شناسایی توانایی افرون در جداسازی گلوکوآمیلاز پرداخته شده است. از این رو دو روش اختلاطی و یکپارچه در pH های متفاوت مورد بررسی قرا رگرفت. نتایج بدست آمده حاکی از توانمندی سوسپانسیون افرونی در جداسازی آنزیم گلوکوآمیلاز به روش یکپارچه و به کمک ماده فعال سطحی کاتیونی بوده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی