Skip to main content
SUPERVISOR
سیدمحمد قریشی (استاد راهنما) جواد کریمی ثابت (استاد راهنما)
 
STUDENT
Alimohammad Hemmat
علی محمد همت

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Fabrication of Hydrophobic Membranes via Electrospinning Method and Application for Air Gap Membrane Distillation
The main hindrance for industrial success of membrane distillation (MD) is the availability of optimized design of MD membrane that can produce high surface hydrophobicity, high porosity, appropriate pore sizes and a higher flux. In the past few years, application of electrospun nanofiber has gained intensive attention for MD membrane and exhibit so far promising results. The aim of this study was to fabricate and optimize of polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) electrospun nanofiber membranes. The correlation of entanglement concentration (Ce) of PVDF-HFP solution and its electrospinnability was investigated to determine the proper concentration rang for formation of bead-free and uniform PVDF-HFP fiber. Response surface methodology (RSM) based on Box-Benkhen design was employe to developed quantitative models to facilitate a more systematic understanding of the electrospinning parameters which enable the optimization of PVDF-HFP electrospun nanofiber membrane. The effective variables studied include solution concentration, the distance between needle tip and collector, feed rate and voltage. The objective was to prepare optimized electrospun nanofiber membrane with pore size in the range of 300-500nm, narrow pore size dispersion, maximum porosity and hydrophpbosity. Scanning electron microscopy (SEM), geniometer,gravimetric methodand air gap MD (AGMD) setup were used to characterize the resultant nanofiber PVDF-HFP membranes. The obtained optimal point was located in the valid region and the experimental confirmation tests were conducted showing a good compatibility between the predicted optimal points and the experimental ones. The optimum electrospinning conditions were obtained to be 23wt%concentration, 13 kV voltages, 24 cm tips to collector distance and polymer 0.4 mL/h flow rate. At the optimal operating condition the fabricated membranes were characterized with mean pore size, porosity and contact angle of 435 nm, 81% and 141 0 , respectively. The synthesized membrane was applied in desalination via air gap membrane distillation, in which a water flux of 13.6 Lh -1 m -2 with a salt rejection ratio of 99.7% was obtained. Keywords: Membrane distillation, Electrospun membrane, Response surface methodology, Box-Benkhen design, Polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), Nanofiber membranes, Optimization
الکتروریسی به عنوان یک روش مؤثر در تولید نانو الیاف در طول سال های گذشته مورد توجه قرارگرفته است.پژوهش ها در زمینه الکتروریسی منجر به کاربرد نانو الیاف در طیف وسیعی از حوزه‌هانظیر مهندسی بافت، ساخت حس گرها، علوم زیست‌محیطی، ذخیره انرژی و فیلتراسیون گردیده است.اخیراً از نانو الیاف الکتروریسی به منظور ساخت غشا جهت کاربرد در فرایند تقطیر غشایی استفاده شده است اما گسترش و توسعه آن هنوز ابتدایی و مقدماتی است. هدف از این پژوهش ساخت غشا نانو الیاف پلیمری به‌وسیلهبهینه‌سازی تعدادی از مشخصه های مهم فرایند الکتروریسی، تعیین مشخصات و کاربرد آن در فرایند تقطیر غشایی است. در این پژوهش غشا یک‌لایه الکتروریسی پلی وینیلیدن فلوراید- هگزا فلوئورو پروپیلن سنتز و مورد استفاده قرار گرفت. بدین منظور ابتدا تأثیرگرانروی بر روند تولید و شکل‌گیری الیاف بررسی و مورد مطالعه قرار گرفت. سپس به‌منظور بررسی اثر مشخصه های فرایند الکتروریسی بر خصوصیات غشا و همچنین تعیین بهینه شرایط عملیاتی از مدل سطح پاسخ بر مبنای طراحی باکس بنکن استفاده شد. مشخصه های مورد مطالعه در این مدل، غلظت، نرخ تغذیه، ولتاژ و فاصله نازل- جمع کننده بود.همچنین متوسط اندازه حفرات، توزیع اندازه حفرات، آب‌گریزی و تخلخل غشا نیز به‌عنوان توابع پاسخ در نظر گرفته شدند. بهینه مقدار مشخصه هایالکتروریسی بر مبنای اندازه مناسب حفرات(محدوده 300 تا 500 نانومتر)، حداقل توزیع اندازه حفرات، آب‌گریزی و تخلخل حداکثر توسط مدل سطح پاسخ تعیین و سپس به‌صورت تجربی مبنای ساخت غشا قرار گرفت. این شرایط بهینه عبارت بود از: غلظت 23%، ولتاژkv13، نرخ تغذیه 1 mlh - 0/4 و فاصله cm24 نازل تاجمع کننده. همخوانی قابل قبولی مابین نتایج به‌دست‌آمده از تعیین مشخصات غشا ساخته شده و نتایج پیش‌بینی‌شده توسط مدل سطح پاسخ مشاهده گردید که نشان از توانایی و دقت بالای این مدل در پیش‌بینی و بهینه نمودن فضای مورد مطالعه است. نهایتاً غشا ساخته شده در فرایند تقطیر غشایی بافاصله هوایی مورد استفاده قرار گرفت . مقایسه شار غشا ساخته شده در این پژوهشL/m 2 h) 6/13(با شار به‌دست‌آمده از غشا تجاری پلی تترا فلوئورو اتیلن تحت شرایط عملیاتی یکسانL/m 2 h) 7 (، نشان از 94% بهبود تراوش پذیری غشا می‌داد. کلیدواژه‌ها : پلی وینیلیدن فلوراید- هگزا فلوئور پروپیلن ،الکتروریسی، مدل سطح پاسخ ، تقطیر غشایی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی