بررسی اثر زیرلایه حمایت کننده بر عملکرد تراوش تبخیری غشاهای شبکه مرکب حمایت شده برای جداسازی آب و ایزوپروپانول

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دهلران، دهلران، ایران

2 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

در این مطالعه غشاهای شبکه مرکب حمایت شده با پلی­ اترسولفون و پلی­ اتر سولفون سولفونه شده برای جداسازی آب از مخلوط آبی ایزوپروپانول تهیه شده­ اند. غشاهای ساخته شده شامل یک زیرلایه متخلخل از جنس پلی­ اتر­سولفون و یک لایه­ نازک کامپوزیتی از پلی‌وینیل ­الکل و نانولوله ­های تیتانیومی می‌باشند. در واقع، به منظور ساخت لایه­ بالایی انتخاب‌گر این غشاها، نانولوله­ های تیتانیومی سنتز شده به روش هیدروترمال در پلی­ وینیل ­الکل توزیع شده­ اند. همچنین برای بررسی تأثیر زیرلایه بر عملکرد جداسازی غشاها و مقاومت­ های انتقال جرم، سولفوناسیون پلی‌اترسولفون انجام گرفته است. سپس عملکرد جداسازی غشاهای تهیه شده در تراوش تبخیری خوراک آبی شامل ۹۰ درصد وزنی ایزوپروپانول در دمای °C ۵۰  ارزیابی شده است. نتیجه‌ها دلالت داشته ­اند که ضخامت زیرلایه و ویژگی‌های شیمیایی آن تأثیر به‌سزایی بر نتیجه‌های جداسازی داشته است. در واقع کاهش اختلاف آب‌دوستی بین زیرلایه و لایه­ بالایی غشاها، موجب تشکیل لایه مرزی مشترک بدون نقص و ایده­آل بین دو قسمت تشکیل­ دهنده غشاها شده است. همچنین وجود گروه‌های سولفونه در لایه­ مرزی مشترک، تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین گروه‌های هیدروکسیل لایه­ بالایی و گروه‌های سولفونه­ لایه حمایت ­کننده و  بهبود سازگاری بین لایه­ های غشاها باعث چسبندگی بیش‌تر این لایه­ ها شده است. در نتیجه،  انتقال جرم گزینشی آب در عرض غشاهای پلی­ وینی­ الکل شده است. همچنین نتیجه‌های به‌دست آمده نشان داده است که زیرلایه حمایت کننده علاوه بر تامین استحکام فیزیکی غشاها، به عنوان یک مقاومت انتقال جرم نیز بر جداسازی آب و الکل اعمال نموده است. نتیجه‌های مشاهده شده نشان داده است که غشاها شامل 4 درصد وزنی نانولوله که توسط زیرلایه پلی اترسولفون سولفونه شده تهیه شده‌اند مشخصه جداسازی 4828 و شار kg/m2h  29/0 را در جداسازی آب از مخلوط 90 درصد وزنی ایزوپروپانول نشان داده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Ameri E., Moheb A., Roodpeyma S., Vapor-Permeation-Aided Esterification of Isopropanol/Propionic Acid using NaA and PERVAP® 2201 Membrane, Chem. Eng. J., 162: 355–363 (2010).
[2] Hu S.Y., Zhang Y., Lawless D., Feng X., Composite Membranes Comprising of Polyvinylamine-Poly(Vinyl Alcohol) Incorporated with Carbon Nanotubes for Dehydration of Ethylene Glycol by Pervaporation, J. Membr. Sci., 417–418: 34-44 (2012).
 [3] Lu J., Nguyen Q., Zhou J., Ping Z.H., Poly(Vinyl Alcohol)/Poly(Vinyl Pyrrolidone) Interpenetrating Polymer Network: Synthesis and Pervaporation Properties, J. Appl. Polym. Sci., 89: 2808-2814 (2003).
[4] Skoulidas A.I., Ackerman D.M., Johnson J.K., Sholl D.S., Rapid Transport of Gases in Carbon Nanotubes, Phys. Rev. Lett., 89: 185901 (2002).
[5] Shirazi Y.,  Tofighy M.A., Mohammadi T., Synthesis and Characterization of Carbon Nanotubes/Poly Vinyl Alcohol Nanocomposite Membranes for Dehydration of Isopropanol, J. Membr. Sci., 378: 551-561 (2011).
[6] Zheng J.,  Li M., Yu K., Hu J.,  Zhang X.,  Wang L., Sulfonated Multiwall Carbon Nanotubes Assisted Thin-Film Nanocomposite Membrane with Enhanced Water Flux and Anti-Fouling Property, J.  Membr. Sci., 524: 344-353 (2017).
[7] Fontananova E., Grosso V., Aljlil S.A., Bahattab M.A., Vuono D., Nicoletta F.P., Curcio E., Drioli E., Profio G.D., Effect of Functional Groups on the Properties of Multiwalled Carbon Nanotubes/Polyvinylidenefluoride Composite Membranes, J. Membr. Sci., 541: 198-204 (2017).
[8] Liu G., Yang D., Zhu Y., Ma J., Nie M., Jiang Z., Titanate Nanotubes-Embedded Chitosan Nanocomposite Membranes with High Isopropanol Dehydration Performance, Chem. Eng. Sci., 66: 4221-4228 (2011).
[9] Raeisi Z., Moheb A., Sadeghi M., Abdolmaleki A., Alibouri M., Titanate Nanotubes–Incorporated Poly(Vinyl Alcohol) Mixed Matrix Membranes for Pervaporation Separation of Water-Isopropanol Mixtures, Chem. Eng. Res. Des., 145: 99-11 (2019).
[10] Wang M.G.Y., Chung T.S., Pervaporation Dehydration of Ethylene Glycol through Polybenzimidazole (PBI)-based Membranes. 1. Membrane Fabrication, J. Membr. Sci., 363: 149-159 (2010).
[11] Tan S., Li L., Zhang Z., Wang Z., The Influence of Support Layer Structure on Mass Transfer in Pervaporation of Composite PDMS–PSF Membranes, Chem. Eng. J., 157: 304-310 (2010).
[12] Devi D.A., Smitha S., Sridhar S., Aminabhavi T.M., Pervaporation Separation of Dimethylformamide/Water Mixtures through Poly(Vinyl Alcohol)/Poly(Acrylic Acid)Blend Membranes, Sep. Purif. Tech., 51: 104-111 (2006).
[13] Torabi B, Ameri E., Methyl Acetate Production by Coupled Esterification-Reaction Process using Synthesized Cross-Linked PVA/Silica Nanocomposite Membranes, Chem. Eng. J., 288: 461-472 (2016).
[14] Shameli A., Ameri E., Shesis of Cross-Linked PVA Membranes Embedded with Multi-Wall Carbon Nanotubes and their Application to Esterification of Acetic Acid with Methanol, Chem. Eng. J., 309: 381-396 (2017).
[15] Hyder M.N., Huang R.Y.M., Chen P., Effect of Selective Layer Thickness on Pervaporation of Composite Poly(Vinyl Alcohol)–Poly(Sulfone) Membranes, J. Membr. Sci., 318: 387-396 (2008).
[16] Vankelecom I.F.J., Moermans B., Verschueren G., Jacobs P.A., Intrusion of PDMS Top Layers in Porous Supports, J. Membr. Sci., 158: 289-297 (1999).
[17] Feng X., Huang R.Y.M., Separation of Isopropanol from Water by Pervaporation using Silicone-based Membranes, J. Membr. Sci., 74: 171-181 (1992).
[18] Huang R.Y.M., Pal R., Moon G.Y., Crosslinked Chitosan Composite Membrane for the Pervaporation Dehydration of Alcohol Mixtures and Enhancement of Structural Stability of Chitosan/Polysulfone Composite Membranes, J. Membr. Sci., 160: 17-30 (1999).
[19] Panahian S., Raisi A., Aroujalian A., Multilayer Mixed Matrix Membranes Containing Modified-MWCNTs for Dehydration of Alcohol by Pervaporation Process, Desal., 355: 45-55 (2015).
[20] Amirilargani M., Tofighy M.A., Mohammadi T., Sadatnia B., Novel Poly(Vinyl Alcohol)/Multiwalled Carbon Nanotube Nanocomposite Membranes for Pervaporation Dehydration of Isopropanol: Poly(Sodium 4-Styrenesulfonate) as a Functionalization Agent, Indust. Eng. Chem. Res., 53: 12819-12829 (2014).
[21] Li L., Wang Y., Sulfonated Polyethersulfone Cardo Membranes for Direct Methanol Fuel Cell, J. Membr. Sci., 246: 167-172 (2005).
[22] Rahimpour A., Madaeni S.S., Ghorbani S., Shockravi A., Mansourpanah Y., The Influence of Sulfonated Polyethersulfone (SPES) on Surface Nano-Morphology and Performance of Polyethersulfone (PES) Membrane, Appl. Surf. Sci., 256: 1825-1831 (2010).
[23] Heydari M., Moheb A., Ghiaci M., Masoomi M., Effect of Cross-Linking Time on the Thermal and Mechanical Properties and Pervaporation Performance of Poly(Vinyl Alcohol) Membrane Cross-Linked with Fumaric Acid used for Dehydration of Isopropanol, J. Appl. Polym. Sci., 128: 1640-1651 (2013).
[24] Martos A.M., Sanchez J.Y., Várez A., Levenfeld B., Electrochemical and structural characterization of sulfonated polysulfone, Polym Test., 45: 185-193 (2015).
[25] Geng J., Jiang Z., Wang Y., Yang D., Carbon-Modified TiO2 Nanotubes with Enhanced Photocatalytic Activity Synthesized by a Facile Wet Chemistry Method, Scripta Materialia, 59: 352-355 (2008).
[26] Sairam M., Patil M.B., Veerapur R.S., Patil S.A., T.M. Aminabhavi, Novel Dense Poly(Vinyl Alcohol)–TiO2 Mixed Matrix Membranes for Pervaporation Separation of Water–Isopropanol Mixtures at 30°C, J. Membr. Sci., 281: 95-102 (2006).
[27] Muniyappan S., Solaiyammal T., Sudhakar K., Karthigeyan A., Murugakoothan P., Conventional Hydrothermal Synthesis of Titanate Nanotubes: Systematic Discussions on Structural, Optical, Thermal and Morphological Properties, Mod. Elect. Mater., 3: 174-178 (2017).
[28] Sahu A.K., Selvarani G., Bhat S.D., Pitchumani S., Sridhar P., Shukla A.K., Narayanan N., Banerjee A., Chandrakumar N., Effect of Varying Poly(Styrene Sulfonic Acid) Content in Poly(Vinyl Alcohol)–Poly(Styrene Sulfonic Acid) Blend Membrane and its Ramification in Hydrogen–Oxygen Polymer Electrolyte Fuel Cells, J. Membr. Sci., 319: 298-305 (2008).
[29] Amirilargani M., Ghadimi A., Tofighy M.A., Mohammadi T., Effects of Poly (Allylamine Hydrochloride) as a New Functionalization Agent for Preparation of Poly Vinyl Alcohol/Multiwalled Carbon Nanotubes Membranes, J. Membr. Sci., 447: 315-324 (2013).
[30] Sajjan A.M., Jeevan Kumar B.K., Kittur A.A., Kariduraganavar M.Y., Novel Approach for the Development of Pervaporation Membranes using Sodium Alginate and Chitosan-Wrapped Multiwalled Carbon Nanotubes for the Dehydration of Isopropanol, J. Membr. Sci., 425-426: 78-88 (2013).
[31] Razavi S., Sabetghadam A., Mohammadi T., Dehydration of Isopropanol by PVA–APTEOS/TEOS Nanocomposite Membranes, Chem. Eng. Res.Des., 89: 148-155 (2011).
[32] Zhang Q.G, Liu Q.L., Chen Y., Chen J.H., Dehydration of Isopropanol by Novel Poly(vinyl alcohol)−Silicone Hybrid Membranes, Indust. Eng. Chem. Res., 46: 913-920 (2007).
[33] Gao Z., Yue Y., Li W., Application of Zeolite-Filled Pervaporation Membrane, Zeolites, 16: 70-74 (1996).
[34] Adoor S.G., Prathab B., Manjeshwar L.S., Aminabhavi T.M., Mixed Matrix Membranes of Sodium Alginate and Poly(Vinyl Alcohol (for Pervaporation Dehydration of Isopropanol at Different Temperatures, Polymer, 48: 5417-5430 (2007).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار