ساخت و ارزیابی ویژگی های الکتروشیمیایی غشاهای تبادل کاتیونی ناهمگن پلی وینیل کلرید/پلی اتیلن گلایکول برای استفاده در فرایند الکترودیالیز

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

در این پژوهش اثر اختلاط پلیمرهای (پلی وینیل کلرید/پلی اتیلن گلایکول) بر ویژگی­ های شیمی/ فیزیکی و جداسازی غشاهای تبادل کاتیونی ناهمگن مورد مطالعه قرار گرفت.  غشاهای تبادل کاتیونی ناهمگن با استفاده از روش تغییر فاز و روش قالب گیری محلول پلیمری تهیه شدند. نتیجه ­ها نشان داد که میزان محتوای آب و میزان آب­دوستی سطحی غشاها با افزایش نسبت پلی اتیلن گلایکول به ­کار گرفته شده در پایه غشا، افزایش می یابد. ظرفیت تبادل یونی، دانسیته بار، پتانسیل، عدد انتقال و انتخاب پذیری غشاها در ابتدا با افزایش میزان پلی اتیلن گلایکول تا 4 درصد وزنی در پایه غشا افزایش یافت و دوباره با افزایش بیش ­تر میزان آن از 4 تا 16 درصد وزنی روند کاهشی نشان داد. تراوش پذیری و شار یونی غشاها نخست با افزایش میزان پلی اتیلن گلایکول در بدنه غشا تا 2 درصد وزنی، به صورت چشمگیری افزایش یافته و با افزایش بیش ­تر آن از 2 تا 8 درصد وزنی روندی کاهشی نشان داد. سرانجام میزان تراوش پذیری و شار یونی غشاها با افزایش بیش­تر میزان پلی اتیلن گلایکول تا 16 درصد وزنی، دوباره روند افزایشی نشان داد. مقاومت الکتریکی سطحی غشاها، در اثر استفاده از پلی اتیلن گلایکول در ساختمان غشا، به صورت چشمگیری کاهش یافت. عدد انتقال و انتخاب پذیری غشاها با افزایش میزان غلظت محلول الکترولیت افزایش یافت. غشاهای تهیه شده عدد انتقال و انتخاب پذیری بالاتری در محیط خنثی در مقایسه با سایر محیط ها اسیدی/بازی دارند. نتیجه ­ها نشان داد که نمونه ­های اصلاح شده قابل مقایسه با نمونه­ های تجاری می ­باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Tanaka Y. “Ion Exchange Membranes: Fundamentals and Applications”, 2nd ed., Membrane Science and Technology Series Elsevier, Netherlands (2015).
[2] Nemati M., Hosseini S. M., Shabanian M., Novel Electrodialysis Cation Exchange 2-acrylamido-2-methylpropane Membrane Prepared by Sulfonic Acid; Heavy Metal Ions Removal, J. Hazard. Mater., 337: 90-104 (2017).
[3] Hosseini S.M., Jashni E., Habibi M., Van der Bruggen B., Fabrication of Novel Electrodialysis Heterogeneous Ion Exchange Membranes by Incorporating PANI/GO Functionalized Composite Nanoplates, IONICS., 24:1789-1801 (2018).
[4] Dlugolecki P, Anet B, Metz S.J, Nijmeijer K, Wessling M., Transport Limitations in Ion Exchange Membranes at Low Salt Concentrations, J. Membr. Sci., 346:163-171 (2010).
[5] Nagarale R.K, Shahi V.K, Schubert R, Rangarajan R, Mehnert R., Development of Urethane Acrylate Composite Ion-Exchange Membranes and their Electrochemical CharacterizationJ. Colloid Interface Sci., 270: 446-454 (2004).
[6] Hosseini S.M., Jashni E., Habibi M., Nemati M., Van der Bruggen B., Evaluating the Ion Transport Characteristics of Novel Graphene Oxide Nanoplates Entrapped Mixed Matrix Cation Exchange Membranes in Water Deionization, J. Membr. Sci., 541:641-652 (2017).
[7] Kariduraganavar M.Y., Nagarale R.K., Kittur A.A., Kulkarni S. S., Ion-Exchange Membranes: Preparative Methods for Electro-Dialysis and Fuel Cell Application, Desalination; 197: 225-46 (2006).
[9] Xu T., Ion Exchange Membrane: State of their Development and Perspective, J. Membr. Sci., 263:1-29 (2005).
[10] Nagarale R.K, Gohil G.S, Shahi V.K, Rangarajan R., Preparation and Electrochemical Characterization of Cation-Exchange Membranes with Different Functional Groups, Colloids Surf., 251: 133-140 (2004).
[11] Hosseini S.M., Madaeni S.S., Khodabakhshi A.R., Preparation and Characterization of Heterogeneous Cation Exchange Membranes Based on S-Poly Vinyl Chloride and Polycarbonate, Sep. Sci. Technol., 46:794-808 (2011).
[12] Hosseini S.M., Madaeni S.S., Khodabakhshi A.R., Preparation and Characterization of ABS/HIPS Heterogeneous Cation Exchange Membranes with Various Blend Ratios of Polymer Binder, J. Membr. Sci., 351: 178–188 (2010).
[13] Hosseini S.M., Madaeni S.S., Khodabakhshi A.R., Preparation and Surface Modification of PVC/SBR Heterogeneous Cation Exchange Membrane with Silver Nanoparticles by Plasma Treatment, J. Membr. Sci., 365: 438-446 (2010).
[14] Nemati M., Hosseini S.M., Bagheripour E., Madaeni S.S., Surface Modification of Cation Exchange Membranes by Graft Polymerization of PAA-co-PANI/MWCNTs Nanoparticles, Korean J. Chem. Eng., 34:1813-1821 (2017).
[17] S. Wiks E. “Industrial Polymers Handbook: Products, Processes, Application”, WILEY-VCH Press, Germany, (2001).
[18] Sadeghi M., Pourafshari Chenar M., Rahimian M., Moradi S., Saeedi Dehaghani A. H., Gas Permeation Properties of Polyvinylchloride/Polyethylene glycol Blend Membranes, J. Appl. Polym. Sci., 110: 1093-1098 (2008).
[19] Ebadi A., Sanaeepur H., Moghadassi A.R., Kargari A., Ghanbari D., Sheikhi Mehrabadi Z., Modification of ABS Membrane by PEG for Capturing Carbon Dioxide from CO2/N2 Streams, Sep. Sci. Technol., 45: 1385-1394 (2010).
[20] Tavakolmoghadam M., Rekabdar F., Hemmati M., Mohammadi T., Poly (Vinylidene Fluoride) Membrane Preparation and Characterization: Effects of Mixed Solvents and PEG Molecular Weight, J. Pet. Sci. Technol., 6(2): 11-21 (2016).
[22] Nagarale R.K., Shahi V.K., Thampy S.K., Rangarajan R., Studies on Electrochemical Characterization of Polycarbonate and Polysulfone Based Heterogeneous Cation-Exchange Membranes, React. Funct. Polym., 61:131-8 (2004).
[23] Gohil G.S., Binsu V.V., Shahi V.K., Preparation and Characterization of Mono-Valent Ion Selective Polypyrrole Composite Ion-Exchange Membranes, J. Membr. Sci., 280:210-218 (2006).
[24] Lide D.R. “Handbook of Chemistry and Physics”, 99th ed., CRC Press; (2018).
[25] Nagarale R.K, Shahi V.K, Rangarajan R., Preparation of PVA-Silica Hybrid Heterogeneous Anion-Exchange Membranes by Sol-Gel Method and their Characterization, J. Membr. Sci., 248: 37-44 (2005).
[26] Nemati M., Hosseini S.M., Madaeni S.S., Koranian P., Jeddi F., Investigation on the Effect of Polymer Binder Sulfonation on Electrochemical Properties of Nanocomposite Heterogeneous Cation Exchange Membranes, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 35(1): 99-110 (2016).
[27] Nagarale R.K, Gohil G.S, Shahi V.K., Recent Developments on Ion-Exchange Membranes and Electro-Membrane Processes, Adv. Colloid Interface Sci., 119:97-130 (2006).
[28] Długolecki P., Nymeijer K., Metz S., Wessling M., Current Status of Ion Exchange Membranes for Power Generation from Salinity Gradients, J. Membr. Sci., 319: 214-222 (2008).