دانشگاه کاشان
پژوهشکده علوم و فناوری نانو
پایان نامه ی کارشناسی ارشد نانو مهندسی شیمی
ساخت غشا اولترا فیلتراسیون پلی اکریلونیتریل حاوی نانو ذرات TiO2 به منظور جداسازی پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی از پساب کارخانه زغالشویی
استاد راهنما:
دکتر احمد اکبری
تیر 1394
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
گفتار اول: مطالعه بر روش های جداسازی پلی‌اکریل‌آمید و آشنایی با فرآیندهای غشایی. 1
1-1معرفی کارخانه زغالشویی. 3
1-2 معرفی فرآیند انعقاد و لخته سازی. 4
1-3 معرفی پلی‌اکریل‌آمید. 6
1-4 لزوم تصفیه پساب حاوی پلی‌اکریل‌آمید. 10
1-5 روش های جداسازی پلی‌اکریل‌آمید. 12
1-6 جذب پلیمر با جاذب های سطحی. 12
1-7 غشا و فرآیندهای غشایی. 13
1-7-1 تاریخچه 13
1-7-2 تعریف غشا 14
1-7-3 مزایای استفاده از تكنولوژی غشایی. 17
1-7-4 انواع غشاها 17
1-7-4-1 تقسیم بندی بر اساس جنس غشا 18
1-7-4-2 تقسیم بندی بر اساس ساختار غشا 18
1-7-4-3 تقسیم بندی غشاها از لحاظ عملكرد 20
1-7-5 انواع فرآیندهای جداسازی غشایی. 21
1-7-6 مقایسه روش های فیلتراسیون. 24
1-7-7 مکانیسمهای جداسازی. 26
1-7-8 روش های عملکرد فرآیندهای غشایی. 28
1-7-9 انسداد در غشاها 29
1-7-10 روش های جلوگیری و یا كمتر كردن گرفتگی غشا 33
1-7-10-1 انتخاب غشا مناسب.. 33
1-7-10-2 پیش تصفیه سیال ورودی به غشا 33
1-7-10-3 بهبود شرایط عملیات. 34
1-7-10-4 اصلاح سطح غشاهای ساخته شده 34
1-7-10-4-1 روش فیزیکی. 34
1-7-10-4-2 روش شیمیایی. 34
1-7-11 تهیه غشاهای اولترافیلتراسیون ترکیبی با بهره گرفتن از ذرات معدنی. 35
1-7-11-1 رسوب ذرات معدنی بر روی سطح غشا به صورت مستقیم. 35
1-7-11-2 قرار گرقتن نانوذرات در ماتریکس غشا 36
1-7-12 روشهای كاهش گرفتگی. 36
1-7-13 تمیزسازی (كلینینگ) 37
1-7-13-1 تمیزسازی هیدرولیكی. 37
1-7-13-2 تمیزسازی مكانیكی. 38
1-7-13-3 تمیزسازی الكتریكی. 38
1-7-13-4 تمیزسازی شیمیایی. 38
1-8 مطالعات صورت گرفته 40
گفتار دوم:تجربیات.. 46
2-1 تجهیزات و مواد مورد استفاده 47
2-2 فرآیند تهیه غشا 48
2-2-1 ساخت غشا پلی اکریلونیتریل به روش وارونگی فازی. 48
2-2-2 ساخت غشای پلی اکریلونیتریل مناسب.. 51
2-3 اصلاح سطح غشا با روش عملیات حرارتی و هیدرولیز 51
2-4 ترکیب غشا با نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید. 52
2-4-1 خود آرایی نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید بر روی سطح غشا پلیاکریلونیتریل. 53
2-4-2 مخلوط کردن نانوذرات تیتانیوم‌دی‌اکسید در محلول پلیمری. 53
2-5 ارزیابی عملکرد غشا 54
2-6 شار آب خالص.. 57
2-7 احتباس.. 58
2-8 آستانه شکست و محاسبه اندازه حفرات. 59
2-8-1 اندازهگیری غلظت پلیاتیلنگلایكول. 61
2-9 بررسی میزان گرفتگی غشا 62
2- 10 بررسی مورفولوژی غشا 63
2-10-1 بررسی مورفولوژی غشای تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) 64
2-10-2 بررسی آبدوستی غشا با آنالیز زاویه تماس.. 65
2-7-3 بررسی ساختار شیمیایی غشا 66
2-10-4 طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس(EDX) 67
گفتار سوم: بحث و نتیجه گیری. 69
مقدمه 70
3-1 ساخت غشا پلی اکریلو نیتریل. 70
3-2 اصلاح شیمیایی غشا 73
3-3 اصلاح حرارتی غشاهای پلی اکریلو نیتریل. 76
3-4 بررسی عملكرد و ساختار غشا اصلاح شده حرارتی. 76
3-5 اصلاح غشا با بهره گرفتن از نانوذرات. 80
3-5-1 اثر خودآرایی نانوذرات تیتانیوم دیاکسید بروی سطح غشا 81
3-5-2 اثر مخلوط کردن نانوذرات تیتانیوم دیاکسید در محلول پلیمری. 83
3-6 مقایسه بین دو روش افزودن نانوذرات. 85
3-7 آنالیز میکروسکوپ الکترونی پویشی از سطح غشا 86
3-8 آنالیز پراش انرژی پرتو ایکس(EDX) 90
3-9 اندازه گیری آستانه شکست.. 93
3-10 بررسی آبدوستی سطح غشا 95
3-8 بررسی گرفتگی غشا 97
گفتار چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات. 101
4-1 نتیجه گیری. 102
4- 2 پیشنهادات. 104
فهرست جدول‌ها
| عنوان | صفحه |
| جدول1-1: تفاوت در فرآیندهای فیلتراسیون | 27 |
| جدول1-2: پسزنی گونهها در فرآیندهای فیلتراسیون | 28 |
| جدول3-1: درصدهای وزنی و اتمی عناصر در غشاهای خودآرایی و مخلوط | 93 |
| جدول 3-2: زوایای محاسبه شده از تصاویر زاویه تماس | 98 |
فهرست شکل‌ها
| عنوان | صفحه |
| شکل1-1: شماتیکی از فرآیند زغالشویی | 5 |
| شکل1-2: پلی‌اکریل‌آمیدبدون بار | 7 |
| شکل1-3: ساختار پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی | 8 |
| شکل1-4: طیف FT-IR ازپلی‌اکریل آمید مورد استفاده | 8 |
| شکل1-5: توزیع اندازه ذرات پلی‌اکریل‌آمید در pH های مختلف | 10 |
| شکل 1-6: مکانیسم فرآیند انعقاد و لخته سازی | 11 |
| شکل 1-7: گرفتگی در غشاهای PSF در اثر جداسازی پلی‌اکریل‌آمید | 17 |
| شکل 1-8: نمایی از فرآیند جداسازی غشایی | 17 |
| شکل 1- 9: فرآیندهای تصفیه آب معمولی و میکرو فیلتراسیون | 18 |
| شکل 1-10: نمایی از ساختار غشاهای سنتزی | 21 |
| شکل1-11: طرحی از تقسیم بندی غشاها بر اساس ساختار | 22 |
| شکل 1-12: نمایی از فرآیند اسمزمعکوس | 27 |
| شکل1-13: انواع روشهای فیلتراسیون با نوع مواد عبوری از آنها | 29 |
| شکل1-14: نمایی از مکانیسم غربال مولکولی | 30 |
| شکل1-15: شماتیکی از دو فرآیند عملکرد غشایی | 32 |
| شکل 1-16: نمونهای از یك گرفتگی غشایی بر روی غشای پلی وینیلیدن فلوراید | 33 |
| شکل 1-17: شماتیكی از انواع گرفتگی در فرآیند غشایی | 33 |
| شکل 1-18: شماتیكی از تمیزسازی هیدرولیكی غشاهای دارای گرفتگی | 41 |
| شکل 2-1: فیلم کش مورد استفاده جهت ساخت غشا پلیمری | 52 |
| شکل2-2: شماتیک فرآیند انعقاد | 53 |
| شکل2-3: مراحل کامل ریخته‌گری و انعقاد غشا پلیمری | 53 |
| شکل2-4: نمای شماتیک از سل با انتهای بسته و سل با جریان متقاطع | 58 |
| شکل2-5: نمای شماتیک تست عملکرد غشا | 59 |
| شکل2-5: نمای شماتیک تست عملکرد غشا | 63 |
| شكل 2-6: اندازهگیری آستانه شکست از طریق منحنی احتباس ردیابها | 68 |
| شکل 2-8: رابطه میان زاویه تماس و آبدوستی | 69 |
| شکل 2-9: نمونه ای از آنالیز EDX | 71 |
| شکل 3-1: وجود بزرگحفره ها در غشا تهیه شده با پلیمر پلیاکریلونیتریل و حلال | 74 |
| شکل 3-2: اثر غلظت پلیاکریلو نیتریل بروی شار و احتباس پلیاکریل آمید | 75 |
| شکل3-3: مکانیسم هیدرولیز پلیاکریلو نیتریل در محیط اسیدی و بازی | 76 |
| شکل3-4: آنالیز طیف سنج ماون قرمز برای غشا قبل از هیدرولیز | 78 |
| شکل3-5: آنالیز طیف سنج ماون قرمز برای غشا بعد از هیدرولیز | 79 |
| شکل 3-6: شکل گیری حفرات غشا در پی عملیات حرارتی | 81 |
| شکل3-7: اثر دمای اصلاح غشا پلی اکریلونیتریل بروی شار و احتباس پلیمر | 81 |
| شکل3-8: تغییرات شار و احتباس پلیمردر پی تغییرات زمان اصلاح حرارتی | 83 |
| شکل3-9: خودآرایی نانوذرات تیتانیوم دیاکسید بروی سطح غشا | 85 |
| شکل3-10: اثر زمان غوطهوری غشا در محلول نانوذرات TiO2بر میزان احتباس و شار پلیمر | 86 |
| شکل3-11: اثر نانو ذرات بروی احتباس و شار عبوری پلیاکریل آمید در روش مخلوط کردن | 88 |
| شکل3-12: مقایسه درصد افزایش شار در دو روش خودآرایی و مخلوط کردن | 89 |
| شکل 3-13: تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی | 91 |
| شکل3-14: پراش الکترونی پرتو ایکس غشا خودآرایی شده با نانوذرات TiO2 | 92 |
| شکل3-15: پراش الکترونی پرتو ایکس غشا مخلوط شده با نانوذرات TiO2 | 93 |
| شکل 3-16: آستانه شکست غشا در عدم حضور نانوذرات TiO2 | 95 |
| شکل 3-17: آستانه شکست غشا در حضور نانوذرات TiO2با روش خودآرایی | 95 |
| شکل 3-18: آستانه شکست غشا در حضور نانوذرات TiO2 با روش مخلوط کردن | 96 |
| شکل 3-19: تصاویر آنالیز زاویه تماس | 97 |
| شکل 3-20: تغییرات نسبت بازیابی شار در پی افزودن نانوذراتTiO2 | 99 |
| شکل 3-21: تغییرات میزان گرفتگی در پی افزودن نانوذرات TiO2 | 99 |
| شکل 3-22: بررسی تغییرات شار پلی اکریل آمید با گذشت زمان فیلتراسیون | 100 |
گفتار اول
مطالعه بر روش های جداسازی پلی‌اکریل‌آمید و آشنایی با فرآیندهای غشایی
مقدمه
با توجه به گسترش روزافزون بحران کمبود آب مورد نیاز نه فقط برای مصارف خانگی و کشاورزی که در بخش صنعت، تلاش‌ها برای تصفیه و بازگرداندن بخش قابل توجهی از آب مصرفی به چرخه مصرف در حال افزایش است. میزان مصرف آب در بخش صنعت با توجه به گزارش وزارت نیروی جمهوری اسلامی ایران، در حدود 5/1 درصد کل آب مصرفی کشور معادل 5/1 ملیارد متر مکعب را به خود اختصاص داده است. لذا با توسعه علم و فناوری نظیر فرایندهای غشایی میتوان بخش عظیمی از این آب را به چرخه صنعت بازگرداند. فرآیندهای غشایی مانند نانوفیلتراسیون [1] (NF) ، اولترافیلتراسیون[2] (UF) و اسمز معکوس[3] (RO) به طور فزاینده‌ایی در احیا و استفاده مجدد از پساب و تصفیه آب آشامیدنی استفاده می‌شوند]1.[
1-1 معرفی کارخانه زغالشویی
این کارخانه در فاز اول به منظور تامین کک مورد نیاز برای کارخانه ذوب آهن اصفهان طراحی و اجرا گردیده‌است. ظرفیت اسمی این کارخانه که بزرگترین کارخانه‌ی زغالشویی کشور می‌باشد 300 تن در ساعت است. زغال سنگ پس از استخراج از معادن پروده که حدوداً شامل 50 درصد باطله است جهت خالص سازی و جداسازی از باطله به کارخانه زغالشویی منتقل می‌شود. سپس زغال سنگ وارد روتاری بریکر شده تا عمل دانه‌بندی و ریزکردن ابعاد زغال سنگ انجام شود. پس ازعملیات مختلفی که بر روی زغال به منظور دانه‌بندی و خاکستر کردن آن انجام می‌شود، مهم ترین قسمت کارخانه زغالشویی یعنی بخش فلوتاسیون مورد استفاده قرار می‌گیرد.
هدف از بخش فلوتاسیون تولید زغال کنسانتره در ابعاد بسیار ریز (خاکستر) می‌باشد. در این بخش زغال دانه‌بندی شده و ریز با آب مخلوط می‌شود. فرایند فلوتاسیون در واقع جداسازی جامد از جامد ( جداکردن زغال کک شو از باطله) در اثر اختلاف در دانسیته ذرات است]2.[
شش سلول در قسمت فلوتاسیون فعال است که این سلول‌ها دارای قطر4 متر و ارتفاع 8 متر هستند و ظرفیت آنها 300 تن در ساعت است. جریان خوراک اولیه (مخلوط آب و زغال) از ارتفاع 2 متری بالای سلول وارد آن شده، سپس فروتر یا همان کف ساز از ارتفاع 5/1 متری کف سلول وارد می‌شود. علت افزودن کف ساز در واقع ایجاد حباب است، که باعث می‌شود که ذرات با دانسیته کمتر که همان زغال مرغوب است، روی سطح حباب‌ها قرار گیرند و از بالای سلول به صورت سر ریز خارج شوند و باطله نیز به علت دانسیته بیشتر در کف سلول باقیمانده، و خارج می‌شود.
زغال فرآوری شده به سمت فیلتر پرسی هدایت شده و آبگیری می‌شود و پساپ تولیدی راهی تیکنر می‌شود. همچنین باطله خروجی از فلوتاسیون به همراه پساب نیز وارد تیکنر می‌شود. تیکنر قسمتی از کارخانه جهت بازیابی آب است که استخری به حجم3 m5400 را شامل می‌شود. در مرحله آخر به دلیل وجود ذرات معلق در پساب، از منعقد کننده‌ها به منظور ته نشینی -تحت عنوان فرآیند انعقاد ولخته سازی- و استفاده مجدد از آب استفاده می‌شود.
شکل1-1: شماتیکی از فرآیند زغالشویی
1 Nanofiltraton
2 Ultrafiltration
3 Reverse osmosis
تعداد صفحه :122
قیمت :14700 تومان
بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد
و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.
پشتیبانی سایت : * asa.goharii@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
در صورتیکه با پرداخت آنلاین مشکلی دارید می توانید مبلغ مربوط به هر فایل را به شماره کارت 6037991199500590 به نام خيريه محک واريز کرده و تصوير پرداختي و عنوان فايل درخواستي را به ایمیل asa.gohari@gmail.com
ارسال کرده تا فايل برایتان ارسال شود.