Skip to main content
SUPERVISOR
حمیدرضا مرتهب (استاد راهنما) محمدرضا احسانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Elnaz Alizadeh Nourani
الناز علیزاده نورانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Preparation of High-Selective Composite PDMS Membrane Containing Appropriate Adsorbent for Separation of Toluene from Water by Pervaporation Process
: Pervaporation (PV) is one of the most important membrane separation over last decade. It has developed as an effective tool for separation and recovery of liquid mixtures. Performance of this system is greatly influenced by the characteristic and behavior of the membrane. The most commonly used hydrophobic membrane for recovery of volatile organic compounds (VOCs) consists of a composite membrane with a selective layer of poly(dimethylsiloxane) (PDMS), also known as silicone rubber on a porous support layer. This membrane has high mechanical strength, thermal stability and suitable plasticity. The main challenge in applying PDMS rubbery membrane is its selectivity and permeability. Filling of the membrane is performed to modify the membrane and achieve high selectivity. In this study, the appropriate hydrophobic and organophilic fillers are used. Supramolecule calix[4]arene and one of its derivatives, calix[5]arene, silicalte-1, silica nanoparticles (10 and 80 nm), and hydrophobic silica are incorporated into the PDMS matrix supported by modified PES layer to improve the hydrophobicity of the membrane and enhance the separation factor. To obtain the optimum amount of adding fillers, the fabricated filled membranes are tested on a pervaporation setup. The results show that incorporating fillers will greatly enhance the enrichment factors of the filled membranes while a slight decrease in the permeation flux is observed. The highest enrichment factor for evey fillers was achieved as follows: 3748 by using 5% SiO 2 (10nm), 2608 by using 10% SiO 2 (80nm), 4744 by using 10% hydrophobic silica, 3250 by using 10% silicalite-1 and 4558 by using 5% calix[4]arene. The highest enrichment factor was achieved by adding 7.5 wt% calix[4]arene with butoxy in lower rim. The enrichment factor increases from 1123 to 5592 and normalized total flux decreases from 8906 to 5024 (gr/m 2 .hr) compared to the unfilled membrane. Finally, the effect of temperature and feed solution concentration on the pervaporation properties are also investigated by using the most selective membrane. The permeation fluxes of both toluene and water are increased with increase in the temperature and feed concentration. The increase in water flux with increasing feed concentration caused by swelling of the active layer with toluene. Moreover, because of the hydrophobicity of this filler, the enrichment factor is increased slightly. It was found that this behavior is completely different than PDMS without the filler. The plot of toluene, water and total fluxes against reciprocal of absolute temperature show good linearity and thus indicate agreement with the Arrhenius relationship. The overall activation energies of pervaporation are 0.9 and 40.18 kj/mol for toluene and water permeation fluxes, respectively
: فرآیند تراوش تبخیری یکی از فرآیند های مهم در فن آوری جداسازی به کمک غشا می باشد که در طول 15 سال گذشته توسعه قابل قبولی درصنایع شیمیایی به عنوان یک ابزار موثر به منظور جداسازی و بازیافت مخلوط مایعات داشته است عملکرد این سیستم ها به میزان زیادی متاثر از عملکرد غشا می باشد. غشاهای مورد استفاده برای جداسازی مواد آلی فرار از محلول های رقیق آبی، عمدتاً می توانند از غشاهای ترکیبی با لایه فوقانی آبگریز از جنس پلی دی متیل سیلوکسان ( PDMS ) انتخاب شوند. این ماده دارای استحکام مکانیکی زیاد، پایداری حرارتی و خاصیت شکل پذیری مناسب می باشد. منتها چالش اصلی در استفاده از این ماده انتخابگری آن برای عبور مواد آلی نسبت به آب و همچنین شار عبوری از غشاء می باشد. در تحقیق حاضر، غشاهای کامپوزیت پلی دی متیل سیلوکسان بر پایه غشاهای میکرو متخلخل پلی اتر سولفون به منظور استفاده در سیستم تراوش تبخیری با هدف حذف مواد آلی فرار از پساب های صنعتی تهیه گردید. به منظور بهبود عملکرد غشا و افزایش انتخاب گری این غشا، از تکنیک پر کردن غشا با پر کننده های آب گریز و آلی دوست استفاده گردید. پر کننده های مورد استفاده عبارتند از: سیلیکای پودری با اندازه 10 و 80 نانومتر، پودر آب گریز سیلیکاتی، زئولیت سیلیکالیت-1، ترشیو بوتیل کالیکس [4] آرن ، ترشیو بوتیل کالیکس [5] آرن، ترشیو بوتیل کالیکس [4] آرن با استخلاف بوتوکسی. برای بدست آوردن مقدار بهینه پرکننده، عملکرد سامانه تراوش تبخیری برای غشا های با 5/2، 5، 5/7 و 10 درصد پرکننده مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین مقدار فاکتور غنی سازی در افزودن هریک از این پرکننده ها مذکور عبارتند از: 3748 با استفاده از غشای 5 درصد سیلیکای 10 نانومتری، 2608 در غشای 10 درصد سیلیکای 80 نانومتری، 4744 با استفاده از غشای 10 درصد سیلیکای آب گریز، 3250 در غشای 10 درصد سیلیکالیت-1 و 4558 با استفاده از غشای 5 درصد کالیکس[4]آرن. بیشترین میزان فاکتور غنی سازی با افزودن 5/7% ترشیو بوتیل کالیکس [4] آرن با استخلاف بوتوکسی سنتز شده بدست آمد. با افزودن این ذرات به ماتریس پلیمری، فاکتور غنی سازی از 1123 به 5592 افزایش و شار کلی نرمالایز شده از 8906 به 5024 کاهش یافت. در نهایت تاثیر پارامتر های عملیاتی دما و غلظت خوراک بر عملکرد سامانه تراوش تبخیری با استفاده از غشای بهینه مورد مطالعه قرار گرفت که نشان داد با افزایش دما و غلظت، شار آب و شار تولوئن افزایش یافته، در حالیکه با توجه به خاصیت آب گریزی این ذرات، فاکتور غنی سازی کمی افزایش می یابد. تغییرات خطی شار تولوئن، آب و شار کلی با معکوس دما، بیان گر اثر آرنیوس دما بر شار می باشد. انرژی اکتیواسیون کلی تراوش تبخیری از شیب خط ها محاسبه شده و این انرژی برای تولوئن و آب، به ترتیب 9/0 و18/40 کیلوژول بر مول می باشند. کلمات کلیدی: تراوش تبخیری، تولوئن، غشای کامپوزیت پلی دی متیل سیلوکسان، غشای پایه پلی اتر سولفون، پر کننده، کالیکس آرن، سیلیکالیت-1، نانو ذرات سیلیکا، سیلیکای آب گریز.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی