غشاهای نانو متخلخل و کاربرد آنها

همه چیز درباره غشاهای نانوپروس


مقاله ای جامع درباره غشاهای نانو متخلخل

فهرست

  • مقدمه

  • تعریف تخلخل

  • دسته بندی مواد نانو متخلخل

  • روش های سنتز عمومی

  • کاربردها

  • غشا

  • غشاهای متخلخل

  • تقسیم بندی غشاء

  • ویژگی های غشایی

  • فرآیندهای غشایی

  • نحوه عملکرد و کاربرد غشاها

  • نانو فیلتراسیون

  • اسمز معکوس

  • اولترافیلتراسیون

  • میکروفیلتراسیون

  • مروری بر انواع غشاهای نانو کامپوزیت

  • کارایی فناوری غشایی در شیرین سازی گاز طبیعی

  • غشاء و فرایندهای غشایی در تصفیه آب

  • غشای سرامیکی نانو فیلتراسیون

  • مقایسه غشای سرامیکی با غشای پلیمری

  • کاربرد نانو فیلتراسیون  در صنایع غذایی

  • منابع و ماخذ

 

مقدمه

مواد نانو متخلخل دارای حفره هایی در ابعاد نانو هستند و حجم زیادی از ساختار آن ها را فضای خالی تشکیل می دهد. نسبت سطح به حجم (سطح ویژه) بسیار بالا ، نفوذپذیری یا تراوای(Permeability) زیاد ، گزینش پذیری خوب و مقاومت گرمایی و صوتی از ویژگی های مهم آن ها می باشد. با توجه به ویژگی های ساختاری ، این مواد به عنوان تبادل گر یونی (Ion Exchanger)، جداکننده (Separator)، کاتالیزور، حس گر، غشا (Membrane) و مواد عایق استفاده می شوند.

تعریف تخلخل

نسبت حجمی فضای خالی ماده ی متخلخل به حجم کل ماده تخلخل (Porosity) نامیده می شود. به موادی که تخلخل آنها بین 0.2 تا 0.95 باشد نیز مواد متخلخل (Porous)  می گویند. حفره ای که متصل به سطح آزاد ماده است حفره ی باز  Open Pore نام دارد که برای صاف کردن  (Filteration)، غشا، جداسازی و کاربردهای شیمیایی مثل کاتالیزور و کروماتوگرافی (جداسازی مواد با استفاده از رنگ آن ها مناسب است. به حفره ای که دور از سطح آزاد ماده است حفره ی بسته (Closed Pore)  می گویند که وجود آن تنها سبب افزایش مقاومت گرمایی و صوتی و کاهش وزن ماده شده و در کاربردهای شیمیایی سهمی ندارد.

حفره ها دارای اشکال گوناگونی همچون کروی، استوانه ای، شیاری، قیفی شکل و یا آرایش شش گوش (Hexagonal) هستند. هم چنین تخلخل ها می توانند صاف یا خمیده یا همراه با چرخش و پیچش باشند.

 

مقاله جامع درباره غشاهای نانوپروس

 

 

 دسته بندی مواد نانو متخلخل   

مواد نانومتخلخل بر اساس اندازه ی حفره ها، مواد سازنده  و نظم ساختار به سه گروه تقسیم بندی می شوند:

دسته بندی بر اساس اندازه حفره

اتحادیه ی جهانی شیمی محض و کاربردی (IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry) مواد متخلخل را به صورت زیر نام گذاری کرده است:   

  1. میکرومتخلخل (Microporous): دارای حفره هایی با قطر کم تر از 2 نانومتر.
  2. مزومتخلخل (Mesoporous): دارای حفره هایی با قطر 2 تا 50 نانومتر.
  3. ماکرومتخلخل (Macroporous): دارای حفره هایی با قطر بیش تر از 50 نانومتر.

بر اساس تعریف نانوفناوری، دانشمندان شیمی در عمل عبارت نانومتخلخل (Nanoporous) را برای موادی که دارای دارای حفره هایی با قطر کم تر از 100 نانومتر هستند به کار می برند که ابعاد رایجی برای مواد متخلخل در کاربردهای شیمیایی است.

 

کاربرد غشاهای نانوپروس

 

 

دسته بندی بر اساس مواد تشکیل دهنده       

  1. مواد نانومتخلخل آلی      
  2. مواد نانومتخلخل معدنی

دسته بندی براساس نظم ساختار      

  1. ساختارهای بلوری (Crystalline) یا منظم (Ordered) که دارای آرایش ساختاری منظمی هستند.
  2. ساختارهای بی شکل (Amorphous) یا بی نظم (Disordered) که نظم خاصی در آرایش ساختاری خود ندارند.

روش های سنتز عمومی

.1 روش ریزموج (MW: Microwave) و هیدروترمال (Hydrothermal) برای سنتز مواد نانومتخلخل، ژل آبی شامل مواد اولیه و مواد کمکی واکنش مانند عامل های هدایت ساختار (Structure-directing Agents)، محیط واکنش را تشکیل داده و گرمای واکنش توسط امواج ریزموج تأمین می شود.

.2 روش سنتز با استفاده از الگو (Templated Synthesis): در این روش، برای ایجاد حفره ها از مولکول ها یا دسته ای از مولکول ها با شکل مشخص به عنوان قالب استفاده شده و بعد از رشد ماده روی آن ها، قالب توسط روش های فیزیکی و شیمیایی حذف می شود. مزیت بارز سنتز قالبی، کنترل دقیق شکل و اندازه ی حفره است.

کاربردها

.1 جداسازی و حذف آلاینده ها: جداسازی گزینشی مولکول ها با توجه به شکل و اندازه ی آن ها و جداسازی و حذف آلاینده هایی مثل سولفور دی اکسید (SO2)، کربن اکسیدها و نیتروژن اکسیدها توسط حفره های مواد نانومتخلخل به عنوان غربال های مولکولی (Molecular Sieves)، به خوبی انجام می شود.

.2 تولید و ذخیره ی انرژی (Hydrogen Generation and Storage ): تولید و ذخیره ی گاز هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پاک می تواند در حفره های مواد نانومتخلخل انجام شده و در زمان استفاده آزاد شود.

.3 کاتالیزور: مواد نانومتخلخل برای ساخت کاتالیزورهای بسیار فعال و گزینش پذیر به-کار می روند؛ زیرا دارای سطح ویژه ی زیاد و ساختار گزینش پذیر هستند و در واکنش های کاتالیزوری به عنوان کاتالیزور یا بستر ذرات کاتالیزوری شرکت می کنند.

.4 حسگرها: مواد نانومتخلخل به دلیل سطح فعال بالا، نسبت به کوچک ترین تغییرات محیط حساس بوده و گزینه ی خوبی برای حس گرهای گازهای سمی یا قابل اشتعال می باشند.

5.کاربردهای زیستی: مواد نانومتخلخل با ساختار گزینش پذیر و سطح ویژه ی عالی، می توانند جداساز و حامل مولکول های زیستی باشند، در فرآیندهای آزادسازی دارو (Drug Delivery) شرکت کنند و حتی به عنوان زیست حس گر (Biosensor) نیز به کار روند.

.6 تصفیه ی آب و پساب: در حفره های زئولیت ، کاتیون هایی  (مثل سدیم)، بار منفی ساختار را خنثی می کنند. این کاتیون ها می توانند با کاتیون ها و فلزات مضر داخل آب مثل فلزات سنگین (کادمیوم، جیوه و سرب)، عناصر پرتوزا (استرنسیوم و سزیم)، آمونیوم و سایر فلزات تعویض شده (Exchange) و کاتیون های سالم و بی خطر مانند سدیم را وارد آب کنند. هم چنین مواد نانومتخلخل می توانند به عنوان غشا و صافی در تصفیه و حذف آلاینده-های آلی به کار روند.

7.سایر کاربردها: مواد نانومتخلخل برای تهیه ی صافی های مؤثرتر و غشاهای مجزاکننده ی بهتر، غشاهای کاتالیزوری برای فرآیندهای شیمیایی، ساخت الکترودهای متخلخل برای پیل سوختی (Fuel Cell) و الکتروشیمی و باتری (Battery) و همچنین به عنوان عایق های بسیار مؤثر گرمایی و صوتی به کار  روند.

 

بررسی غشاهای نانوپروس

 

غشا

غشا به عنوان يك فاز كه اجزاي خوراك به صورت انتخابي از آن عبور می کنند، تعريف می گردد. به عبارت بهتر، غشا به صورت فازي كه اجزاي جداشونده خوراك با سرعت هاي متفاوت از آن عبور می کنند، عمل می کند.. در اين روش، معمولاً تغيير فازي صورت نمي گيرد و محصولات نيز در همديگر قابل امتزاج هستند،در فرايندهاي غشايي، جزئي از خوراك كه از غشا عبور مي كند به نام تراوش كرده  و بخشي كه نتواند از غشا عبوركند، نگه داشته شده  ناميده مي شود كه بر اساس هدف جداسازي، هركدام از آنها مي توانند به عنوان محصول درنظر گرفته شوند.

در حالت كلي، روشهاي غشايي در مواقعي كه غلظت مواد كم باشد، كارايي بسيار زيادي دارند. نيروي محركه لازم در فرايندهاي غشايي مي تواند به صورت اختلاف غلظت، فشار، دما و پتانسيل الكتريكي باشد. ساده ترين نوع غشاها بر اساس اختلاف اندازه ذرات عمل مي كنند كه از اين نظر مشابه فيلترها هستند ولي غشاها از لحاظ اندازه منافذ و توزيع اندازه آنها و نيز نحوه جريان، با فيلترها تفاوت دارند.

كارايي غشاها با دو پارامتر تعيين مي گردند كه شامل دبي عبور كرده از غشا و گزينش پذيري غشاها است. فرايندهاي غشايي با داشتن مزايايي چون كاهش مصرف انرژي به دليل عدم تغيير فاز، حجم كم و عدم نياز به فضاي زياد، تنوع در شكل و اندازه، افت فشار كم و انتقال جرم زياد، بالا بودن راندمان جداسازي براي محلول هاي رقيق، نياز كم به مواد افزودني و حلا لها، ساده بودن طراحي غشاها و سهولت كاربرد آنها در مقيا سهاي صنعتي و همچنين به دليل اينكه دوست دار محيط زيست هستند، از ساير روشهاي جداسازي متمايز شده اند. با اين حال اين روش معايبي از قبيل قطبش  غلظتي و گرفتگي غشاها، طول عمر كوتاه غشا، انتخا بپذيري و دبي كم عبوري از غشاها و هزينه بالاي ساخت را دارد.

شکل ساده ای از غشا

غشاهای متخلخل

در غشاهای متخلخل، بحث غشاهای نانومتخلخل (NF)مطرح است كه برای جداسازی تركیبات مختلف گازی، مثل جداسازی متان از دی اكسید كربن استفاده می شوند. همچنین شاید بتوان گفت، با توجه به حوزه فعالیت نانو كه بین 1 تا 100 nm تعریف شده است، غشاهای اولترافیلتراسیون(UF) كه حفره هایی بین 2 تا 100 nm دارند، نسبت به غشاهای NFكه اندازه حفره های آنها كمتر از 10 انگستروم است، بیشتر با حوزه فناوری نانو هم خوانی دارند.

 

تقسیم بندی غشا

تقسیم بندی بر اساس مکانیسم حاکم بر جداسازی: 

فرایندهای غشایی بر اساس اندازه کوچکترین ذره که تحت تاثیر نیروی فشار از غشا عبور می کند به نام های زیر تقسیم بندی می شود:

  1. میکرو فیلتراسیون(micro filtration)
  2. اولترا فیلتراسیون (ultra filtration)
  3. نانو فیلتراسیون(nano filtration)
  4. اسمز معکوس (revers osmosis-hyper filtration)

این چهار نوع غشاهای صاف سازی از نظر تجاری قابل دسترس ودر تصفیه آب و فاضلاب کاربرد بیشتری دارند وبه دو فرایند فیزیکو شیمیایی متمایز تقسیم می شوند:

1:صاف سازی غشایی عبارت از جداسازی ذرات معلق از فاز مایع یا از میان محیط متخلخل می باشد.(NF,UF)

2:اسمز معکوس ،هدف آن حذف اجزاءمحلول مانند یونهای فلزات سنگین،سدیم،کلر،کلسیم،منیزیم وNOM در تصفیه آب می باشد.(NF,RO)

مکانیسم اصلی حذف در صاف سازی غشایی،غربال شدن و رانش اندازه ای می باشد.اما انتقال جرم وعمل جداسازی در اسمز معکوس براساس مکانیسم نفوذ یا انتشار می باشد.RO,NF در تصفیه آب بسیار کاربرد دارند ولی دو نوع MF,UF بیشتردر عملیات پیش تصفیه برای فناوری های نمک زدایی مثل RO,NF مورد استفاده قرار می گیرند.

تقسیم بندی براساس جنس غشا

غشاها به دو صورت عمده غشاهای بیولوژیکی و غشاهای سنتزهستند.غشاهای سنتزی نیز شامل غشاهای پلیمری ،سرامیکی ، فلزی می باشند.

غشاهای پلیمری:

ازجمله غشاهای پلیمری می توان به غشاهای ساخته شده از جنس پلی پروپیلن، پلی اتیل سولفون،پلی اتیلن ،پلی وینیل دی فلوراید اشاره کرد.هر کدام از این مواد بر اساس ساختار شیمیایی خود،دما و PH محیط ، حلالیت مواد ومقاومت آنها مورد استفاده قرار می گیرند، تخلخل بالا یکی از ویژگیهای مهم در غشاهای پلیمری می باشد.

غشاهای سرامیکی:

این غشاها که شامل اکسیدهای آلومینیم ، تیتانیوم وسلیسیوم می باشند، دارای مزایایی مانند مقاومت حرارتی ،مکانیکی و شیمیایی بالا، طول عمر زیاد،مقاومت خوردگی و باکتریایی بالا، امکان احیا ، امکان تمیز کردن و کنترل مطلوب اندازه حفرات هستند. به طور کلی اکسیدهای فلزی برای جذب فلزات سنگین از محلولهای آبی مواد مناسبی هستند. از جمله ذرات آلومینیایی با اندازه حفرات فوق ریز که برای کاربردهای جداسازی فلزات سنگین مانند کادمیم،کروم ویا سرب از آب مورد استفاده قرار میگیرد.فیلتراسیون به کمک سرامیک ، یک فرایند با انتخاب پذیری بالاست که بدون تبدیلات فازی است ولی در کنار این مزایا ،معایبی مانند هزینه ساخت بالا و مشکل بودن انجام اصلاحات بعدی بر روی غشا نیز وجود دارد.

غشاهای فلزی :

این غشاها که در حال حاضر بیشتر در آزمایشگاههای تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند، معمولا از جنس فولاد ضد زنگ ، سیلیس ،آلومینیم ،نقره ، نیکل و برخی از آلیاژها هستند. ویژگی برجسته ای که در رابطه  با این غشاها مطرح است ، مقاومت آنها در برابر خوردگی است. در تصفیه آب آشامیدنی و حذف مواد آلی طبیعی به روش لخته سازی و میکرو فیلتراسیون نیز از غشاهای فلزی همراه با هوادهی یا تزریق گاز اوزون به عنوان یک روش جدید برای حذف آلودگی آب باران استفاده شده و ثابت شده است که غشاهای فلزی برای کاهش میکروبها و ذرات آلوده کننده از آب باران کافی است.

ویژگی های غشایی : خواص غشاها را می توان به دو دسته  فیزیکی و شیمیایی تقسیم بندی نمود.خواص فیزیکی غشا شامل اندازه حفرات ،تعداد حفرات ، شکل حفرات ، ضخامت ، تخلخل  و چروک خوردگی غشا می باشد.خواص شیمیایی غشا نیز شامل بار سطحی ،هدایت الکتریکی ،قابلیت جذب ، واکنش پذیری وآب دوستی  آنها است.

فرایندهای غشایی : روشهای فیلتراسیون غشایی را می توان به دو دسته کلی غشاهای تراوا(میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون) و غشاهای نیمه تراوا (نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس ) تقسیم نمود. زمانی  که هدف جداسازی ذرات بزرگ تر است از روشهای میکرو فیلتراسیون (با قابلیت جداسازی ذرات با با سایز 0.1-1میکرو و اولترافیلتراسیون  با قابلیت جداسازی ذرات با سایز 0.01-0.1 میکرو استفاده می شود.برای جداسازی نمکهای محلول در آب از روشهای نانوفیلتراسیون( با قابلیت جداسازی ذرات با سایز 0.001-0.01 میکرو) و اسمز معکوس (با قابلیت جداسازی ذرات با سایز کوچکتر از 0.001میکرو) استفاده می گرد. در جداسازی توسط غشاهای نیمه تراوا از اصل نفوذ از غشا استفاده می گرد و فشار مورد استفاده در روشهای نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس بیشتراز فشار مورد نیاز در روش میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون است.

نحوه عملکرد و کاربرد غشاها:  

1.نانو فیلتراسیون :

غشاهای نانوفیلتراسیون از پیشرفتهای اخیر فناوری غشایی به شمار می روند.امروزه از نانو فیلتراسیون در مراحل مختلف فرایند تصفیه آب از قبیل کاهش سختی و مقدار نمک های آب ، رنگ زدایی و حذف آلاینده های میکروبی و شیمیایی استفاده می شود.در فرایندهای صنعتی نیز از نانو فیلتراسیون به منظور حذف مواد خاصی از قبیل مواد رنگی از آب استفاده می گردد.نانوفیلتر یک غشا نیمه تراواست که بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد واز این روش برای جداسازی  ذرات آلی با پایه کربن شامل آلاینده های میکروبی و یونهای چند ظرفیتی استفاده می شود.

طی تحقیقی که ترابیان وهمکارانش در سال 1378 انجام دادند، نشان دادند که نانو فیلتر به تنهایی قادر است کل کربن آلی آب را  به کمتر از 1 میلی گرم بر لیتر برساند.همچنین تحقیقات باریک بین در سال 1388 نشان داد که در شرایط آب واقعی میزان حذف کروم 6 ظرفیتی ، سولفات و TDSبا غشا NF 90  به ترتیب 94.3 درصد،99.5 درصد و99در صد می باشد.ضمن آنکه این غشا قادر است آنیونها و کاتیونهای یک و دو ظرفیتی را بیش از 96 درصد حذف نماید. با توجه به یافته های باریک بین بین غشا NF 90 بیشتر به خصوصیات اسمز معکوس نزدیک است و غشا مناسبی برای حذف کروم 6 ظرفیتی از آبهای لب شور می باشد.

نانو فیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون برتری دارد، چرا که در اولترافیلتراسیون مقدار آلاینده های مصرفی نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معکوس میزان خلوص آب حاصله بیشتراز حد محصول است که پیامد آن افزایش قیمت این روش است. غشاهای نانو فیلتر ظرفیت متوسطی برای حذف نمکهای تک ظرفیتی دارند. همچنین قابلیت حذف موثر نمکها ،فلزات سنگین ،رنگ ، ویروسها،باکتریها،و انگل ها را از آب و فاضلاب دارا می باشند.

غشاهای نانوفیلتر به دلیل حذف یونهای کلسیم ومنیزیم دو ظرفیتی به غشاهای نرم سازی مشهور هستند.این غشاها عبوری حدود 10 برابر نسبت به به اسمز معکوس دارند و هزینه سرمایه گذاری و انرژی مصرفی آنها از اسمز معکوس کمتر است. مطالعات نشان می دهد که کاربرد NF  میزان کلر مورد نیاز  جهت گندزدایی را بین 40-85 درصد تقلیل می دهد. با استفاده از نانوفیلتراسیون خاصیت بافری آب حفظ می شود و تغییرات شدید PH  در اب خروجی مشاهده نمی گردد.

2.اسمز معکوس :

 غشاهای اسمز معکوس در اوایل سال 1960توسعه پیدا کردند.اسمز معکوس عبور تحت فشار آب از میان یک لایه غشایی و عکس فشار اسمزی معمول می باشد که تحت این فرایند آب از محلول حاوی املاح جدا می گردد.بنابراین اسمز معکوس روش جداسازی ناخالصی ها از آب می باشد که عامل جریان در آن اعمال فشار مکانیکی است. اسمز معکوس نوعی فیلتراسیون مکانیکی است ، از این روگاهی به نام هایپر فیلتراسیون خوانده می شود.هرجه اندازه مولکولهای ناخالصی  درشت تر باشد و درجه یونیزاسیون مولکول ناخالصی کمتر باشد،فشار اسمزی محلول کمتراست. از طرفی هر چه غلظت مولکولهای نا خالصی بیشتر باشد فشار اسمزی هم بیشتراست. همچنین دما باعث افزایش فشار اسمزی و کاهش ویسکوزیته محلول میشود.

 

روش اسمز معکوس جهت شیرین سازی آب

استفاده ها

  1. نمک زدایی و تهیه آب آشامیدنی از آب دریا
  2. تهیه آب فوق خالص و آب مورد استفاده در فرایندهای حرارتی
  3. کاهش سختی آب
  4. تولید آب فرایندهای صنعتی
  5. خذف مواد معدنی و سیلیس
  6. حذف مواد آلی طبیعی(NOM)
  7. باتوجه به کاهش قابل توجه TDS در سیستمهای RO  آب خروجی معمولا خورنده بوده و لازم است از طریق اختلاط با آبهای سخت ویا اضافه نمودن املاح قلیایی به آن نسبت به تعدیل این ویژگی اقدام گردد.

مظفریان و همکارانش  (1385) طی تحقیقی به ارزیابی عملکرد فرایند اسمز معکوس در حذف آرسنیک از آب پرداختند.آنها گزارش کردند که برای بررسی عملی تاثیر غشاها جهت حذف آرسنیک از 5 نوع غشا، PVD,SR,TFC,FT30,TFC-ULP,BW30 استفاده شد که غشا TFC-SR با توجه به دو پارامتر شار خروجی و درصد حذف آرسنیک آن که بالای 95 درصد به دست آمد به عنوان بهترین غشا انتخاب شد و پارامترهای فشار، دما و PH بر روی آن آزمایش و شرایط بهینه فشار 10 بار و PH=7.5 بدست آمد و بالارفتن دما باعث افزایش هر دو پارامتر ،شارژ خروجی  و پس دهی آرسنیک شده است. همچنین غلامی و همکارانش (1388) روی حذف آرسنیک با استفاده از غشا اسمز معکوس از جنس پلی آمید با مدول مارپیچی آزمایش و تحقیق کردند که راندمان حذف در شرایط  بهینه عملکرد سیستم بیش از 99 درصد می باشد.

3.اولترافیلتراسیون:

در فرایند اولترافیلتراسیون از غشاهایی با اندازه حفره های بسیار کوچکتر از 0.1 میکرو متر استفاده می کنند وبه فشار رانش psi 9-10  نیاز دارند، وبه منظور جدا سازی کلوئیدها ، باکتری ها ، ویروسها ، و بیو مولکولها از فرایند اولترافیلتراسیون استفاده می شود.عمل حذف بواسطه غربال شدن می باشد. در اولترافیلتراسیون ،روزنه های غشا بزرگتر از روزنه غشاهای اسمز معکوس بوده وفشارهای پایین (کمتراز20بار) نیاز است.اولترافیلتراسیون تا حدی بستگی به عواملی چون بار و اندازه ذره دارد. این غشا نمکهای محلول را نمی تواند حذف کند .چون غشا UF  منافذ کوچکتری در مقایسه با غشا MF دارد.لذا فشار بهره برداری و گرفتگی در آن بیشتر از غشا MF می باشد.UF برای زلال سازی آب های با کدورت بالا و غلظت اندک مواد آلی وبه منظور حذف جامدات معلق،ویروس و رنگ استفاده می شود.لذا UF نمی تواند لایه قابل اعتمادی برای جلوگیری از عبور ویروسها و مواد آلی محسوب گردد ولازم است که پس از غشا UF  حتما از  فرایند گندزدایی مناسب استفاده شود. در دو دهه اخیر ،تلاشهای زیادی برای دستیابی به پیشرفتهایی در زمینه تولید غشاهایی که دارای خواص بین دو فرایند یاد شده ، یعنی احتباس بالا(مشابه فرایند اسمز معکوس) و فشارهای پایین (همچون فرایند اولترافیلتراسیون) باشد صورت گرفته است.

4.میکروفیلتراسیون (MF) :

 میکروفیلتراسیون قدیمی ترین غشا از چهار غشا تحت فشار می باشد که اولین کاربرد آنها در جنگ جهانی دوم توسط آلمانی ها جهت آلودگی میکروبی آب آشامیدنی بود.میکرو فیلتراسیون فرایندی است که در آن اندازه حفرات بین 10-0.1 میکرون بوده و میکرواورگانیزمها ،مواد جامد محلول ، رنگ و ویروس نمی توانند از آن عبور کنند.میکروفیلتراسیون به عنوان یک دیواره متخلخل برای کاهش کدورت و برای جداسازی ذرات جامد و سوسپانسیونها و موادی با سایز کلوئیدی می باشد.که از مکانیزم غربالی برای باقی ماندن ذرات بزرگتر از اندازه قطر حفرات استفاده می کند.دراین غشا دبی جریان خروجی بسیار بالاست. محدوده فشار مورد استفاده در این نوع فرایند ناچیزبوده بین 0.1تا5 بار می باشد، زیزا نمی تواند از عبور نمکها جلوگیری کند. با کاربرد غشا MF مصرف مواد شیمیایی مورد استفاده در تصفیه آب بخصوص کلربطور چشمگیر کاهش می یابد.غشاهای MF از مواد مختلفی مانند استات سلولز ساخته می شوند. در صورتی که مواد منعقد کننده به همراه غشا MF  در تصفیه آب بکار رود ،محاسن زیر را دارد:

  1. امکان حذف درصد قابل توجهی NOM را داردزیرا غشا در حذف ذرات راندمان بالایی دارد
  2. تعویق گرفتگی غشابه دلیل حذف مواد آلی
  3. حذف رنگ ،بو، مزه و کدورت آب آشامیدنی
  4. نیازبه مقدار کمی منعقد کننده ،زیرا قبل از صاف سازی نیاز به تولید لخته های قابل ته نشینی نمی باشد.

در ذیل به برخی از کاربردهای غشاهای نانو در زمینه های مختلف دیگر اشاره خواهیم کرد:

مروری بر انواع غشاهای نانوکامپوزیت، روش های ساخت و کاربرد آنها در جداسازی گازها

مصرف انرژی کمتر، انجام عملیات جداسازی در شرایط آسان، دست یابی ساده به فازهای جداشده، مسائل زیست محیطی کمتر و دیگر مزایا باعث شده است که استفاده از غشاها در فرآیندهای جداسازی روز به روز بیشتر مورد توجه واقع شود. پیشرفت ها در زمینه ی غشاها و فرآیندهای جداسازی غشائی ادامه داشته و از ایده های جدید در این زمینه، ساخت و تعیین مشخصات استاتیکی و دینامیکی غشاهای نانوکامپوزیت می باشد، غشاهای نانوکامپوزیت به دلیل خواص منحصر به فرد ساختار آنها نتایج مطلوب تری در مقایسه با سایر غشاها نشان داده اند. غشاهای نانوکامپوزیت در یک تقسیم بندی کلی به دو دسته ی غشاهای نانوکامپوزیت بر پایه ی آلی و غشاهای نانوکامپوزیت بر پایه ی معدنی تقسیم می شوند ، غشاهای نانوکامپوزیت آلی همان غشاء پلیمری می باشد که به آن موادی در مقیاس نانو به منظور بهبود میزان تراوایی و پایداری حرارتی اضافه می شود.

این غشاها قابلیت صنعتی شدن بالایی دارند. غشاهای نانوکامپوزیت معدنی در واقع در پی برطرف نمودن عیوب ساختاری و سطحی غشاهای معدنی به کار برده می شوند که از جمله ی آن ها می توان غشاهای الیاف دو لایه ی کربن-زئولیت و غشاء آلومینا-زئولیت را نام برد. مهم ترین ویزیگی غشاهای معدنی، پایداری حرارتی و مکانیکی بالا است. در این مقاله ابتدا مروری جامع بر انواع غشاهای نانوکامپوزیت و روش های ساخت آ ن ها در عملیات جداسازی گازها صورت گرفته و در ادامه، مسیر آینده و چشم انداز آن ها بررسی شده است.

كارايي فنّاوري غشايي در شيرين سازي گاز طبيعي وارزيابي اقتصادي آن

با توجه به منابع عظيم گاز در كشور و نقش رو به رشد آن در فرآيندهاي مختلف مانند توليد برق، انرژي حرارتي و سوخت،به اين منبع عظيم انرژي توجه مضاعف شد هاست. از سوي ديگرصادرات اين ماده و ميعانات همراه آن نقش مهمي را در اقتصاد ايران بازي می کند. گاز طبيعي شامل ناخالصی هايي است كه بايد قبل از مصرف، جدا شوند. سولفيد هيدروژن مهمترین ناخالصي موجود در گاز طبيعي ايران است كه اثرات زيان باري بر انسان، محيط زيست و تجهيزات عملياتي دارد. براي استفاده و نقل و انتقال گاز طبيعي بايد سولفيد هيدروژن را از آن جدا كرد كه اصطلاحاً به آن شيرين سازي گفته میشود. فرآيندهاي غشايي از جديدترين رو شهاي جداسازي هستند كه در آ نها جداسازي با صرف انرژي کمتری صورت میگیرد.. امروزه اين فرآيندها جايگزين مناسبي براي فرآيندجذب گاز با محلول آمين شناخته شد ه اند.

فرآيندهاي غشايي مزاياي عمده ای نسبت به فرآيندهاي جذب دارند: مصرف انرژي پایینتر، هزینه های عملياتي، نصب و سرمايه گذاري اوليه کمتر.در اين سيستمها خطر آتش سوزي و انفجار وجود ندارد. قادربه تصفيه ی  گاز بر سر چاه هستند، فشار زياد سر چاه براي فرآيندهاي غشايي بسيار مناسب است. با قوانين محيط زيست سازگارند. اين سيستمها به علت  سبكي و كوچكي براي كارهاي خارج از ساحل مناسب هستند. انعطا ف پذيري خوب و عالي در تطابق با تغيير شدت جريان و تركيب خوراك دارند. اين فرآيندها قسمتهای متحرك ندارند و درآنها فرآيندهاي  شیمیایی وجود ندارد. قادر به جداسازي همزمان سولفيدهيدروژن، دي اکسید كربن و بخار آب هستند. هدررفتن انرژي از طريق تبادل حرارت با محيط در اين فرآيندها وجود ندارد زيرااغلب در دمای محیط کارمیکنند.

غشاها در حالت كلي به دو دسته غشاهاي آلي و غيرآلي تقسیم می شوند. از مهمترين غشاهاي آلي غشاهاي پليمري هستند كه اين غشاها متخلخل نيستند و چگال هستند؛ به همين دليل انتخا ب پذيري بالايي دارند. از مهمترين غشاهاي غير آلي ميتوان به غشاهاي سراميكي اشاره كرد كه اين غشاها متخلخل هستند و مهمترين مشخصه ی آ نها عبوردهي بالاست. در اين مقاله كارايي فنّاوري غشايي در جداسازي وحذف گازهاي ترش از گاز طبيعي ارزيابي ميشود. همچنين عملكرد انواع غشاهايي كه تا كنون براي شيرين سازي گاز طبيعي  استفاده شد ه اند، بررسي میشود. از مقايسه نتايج آزمايشا ت انجا م شده و خواص غشاهاي مختلف، دو نوع غشاي پلي فسفازين، يك نوع غشاي پلي اتراورتان اوره و غشاهاي پباكس 1074 و پباكس 4011 به عنوان مناسب ترين غشاها براي شيرين سازي گاز طبيعي پيشنهاد می شوند.

غشا و فرآيندهاي غشايی در تصفیه آب

هدف اصلي تصفيه آب حذف ترکيبات ناخواسته ازآب است. فرآيندهاي غشايي يکي از روشهاي موثر تصفيه آب محسوب مي گردد. اين روش مجهز به يک مانع فيزيکي در برابر آلاينده ها مي باشد که بر اساس اندازه آلاينده ها امکان جداسازي آنها را از محيط هاي آبي فراهم مي سازد. چالش عمده استفاده از اين فناوري، رابطه ذاتي بين گزينش پذيري و نفوذ پذيري غشاء است. مصرف انرژي بالا نيزديگر مانع مهم در استفاده از فرايندهاي غشايي است. رسوب گذاري غشاء ديگر عاملي است که در کنار مصرف انرژي بالا سبب پيچيدگي در طراحي و عمليات غشاء مي گردد. همچنين رسوب گذاري عامل اصلي کاهش طول عمر غشاء و مدول غشاء مي باشد. عملکرد سيستم هاي غشايي تا حد زيادي توسط مواد تشکيل دهنده غشاء مشخص مي شود. بکار گيري نانو مواد عامل دار در ساختار غشاء يک فرصت عالي براي بهبود نفوذ پذيري غشاء، مقاومت در برابر رسوب گيري، پايداري مکانيکي و حرارتي و زمينه اي براي عملکردهاي جديد جهت تخريب آلودگي و خود تميز کنندگي غشاء خواهد بود.

استفاده مجدد از آب

یکی از مهمترین اقدامات انجام شده برای بهبود وضعیت بحران آب، استفاده مجدد از آب می باشد. اگر آب مصرفی در بخشهای مختلف که عموما به صورت فاضلاب در میاید، دوباره مورد تصفیه قرار گرفته ومجددا برای اهداف مختلف استفاده شود، فرایند را استفاده مجدد از آب می نامند. استفاده مجدد از آب دونوع است. یکی برای مصارف غیرآشامیدنی  و دیگری برای مصارف آشامیدنی. استفاده مجدد برای مصارف غیر آشامیدنی عموما جهت مصارفی مانند صنایع، کشاورزی یا آبیاری مراتع و یا حتی ایجاد دریاچه های تفریحی و پرکردن تالا بهای طبیعی به کار می رود.در حالیکه استفاده مجدد برای مصارف آشامیدنی صرفا برای استفاده خوارکی بوده و لذا نیازمند مراحل بیشتری نسبت به نوع اول است. در راستای توجه روزافزون دنیا به فرایند استفاده مجدد از آب، سیستمهای گوناگونی توسعه یافته اند. که یکی از مهمترین آنها استفاده ازسیستمهای نانوفیلتراسیون بر اساس فیلترها و غشاهای سرامیکی می باشد.

فرآیندهای غشایی

روشهای فیلتراسیون غشایی را میتوان به ۴ دسته کلی میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون واسمز معکوس تقسیم بندی نمود. آن گونه که در شکل  نشان داده شده است، غشاهای میکروفیلتراسیون واولترافیلتراسیون قادرند ذرات درشت و معلق و همچنین مولکو لهای بزرگ را حذف کنند و به مولکو لهای کوچک و یو نها اجازه عبور می دهند. از طرف دیگر غشاهای اسمز معکوس تقریبا آب خالص ایجاد می نمایند که چیزی فراتر از استانداردهای مورد نیاز برای آب آشامیدنی است. بر خلاف بقیه انواع غشاها، غشاهای نانوفیلتراسیون ظرفیت متوسطی برای حذف نمکهای تک ظریفتی داشته و همچنین قابلیت حذف موثرنمکها، فلزات سنگین، رنگ، ویرو سها و باکتر یها را از آب و فاضلاب دارا می باشند و می توانند با حفظ خاصیت بافری آب یو نهای  Mg2+ و  Ca2+ را نیز از آب حذف نمایند .

غشا سرامیکی نانوفیلتراسیون

این نوع غشاء دسته ای از انواع غشاهای مصنوعی هستند که از ترکیبات معدنی مانند آلومینا (Al2O3)، تیتانیا (TiO2)، اکسیدهای زیر کونیوم (ZrO2)، سیلیکا (SiO2) ، کربید سیلیکون (SiC) ، و غیره ساخته می شوند.باتوجه به اینکه در هن گام ساخت غشاهای سرامیکی، با کنترل شرایطی )همچون غلظت مواد اولیه و نسبت مولی آنها، pH و دما( می توان اندازه حفرات غشاء را کنترل نمود، می توان طیف گسترده ای از غشاهای سرامیکی با اندازه حفرات مختلف را تولید نمود. این موضوع باعث شده است که غشاهای سرامیکی در زمین ههای مختلفی مانند فرآیندهای نانوفیلتراسیون، میکر وفیلتراسیون و همچنین جداسازی برخی گازها کاربرد گسترد های داشته باشند. لازم به ذکر است که در ساخت غشاهای سرامیکی نانوفیلتراسیون می توان از مخلوطی از ترکیبات نام برده )بانسبتهای مختلف( نیز استفاده نمود. همچنین از میان این ترکیبات سیلیکا و تیتانیا کوچکترین اندازه حفرات ودر نتیجه بیشترین کاربرد در نانوفیلتراسیون را دارا هستند.

بسته به نوع جریان، غشاهای سرامیکی را به دو دسته تقسیم بندی می نمایند: اولی از داخل به خارج  که در آن جریان ورودی از درون غشاء عبور کرده و فرایند فیلتراسیون به سمت بیرون از غشاء صورت می گیرد ) سمت چپ( و دیگری جریان فیلتراسیون از خارج به سمت داخل  می باشد )شکل  سمت راست(.

 

 

عمل فیلتراسیون در غشاهای سرامیکی

 

برای سیستم با جریان از داخل به بیرون دو نوع طراحی وجود دارد. نوع اول که تحت عنوان واحد ماژول شناخته می شود ، از تعداد بسیار زیادی واحدهای غشاء سرامیکی نانوفیلتراسیون تشکیل می شود که به صورت منظم و جدا از هم در محفظه های فولادی قرار گرفته اند ) شکل 4).همچنین باید توجه داشت که خود واحدهای غشاء سرامیکی نانوفیلتراسیون هم طراحی های مختلفی با اشکال هندسی متفاوت و تعداد و سایز کانا لهای مختلف برخوردار هستند که نمونه هایی از آنها به همراه تصویر میکروسکوپی با بزرگنمایی بالا  SEM  از یک نمونه غشاء سرامیکی نانوفیلتراسیون در شکل زیر قابل مشاهده هستند.

 

تصویر میکروسکوپی از غشا سرامیکی

 

نوع دوم از غشاهای سرامیکی نانوفیلتراسیون با جریان از داخل به سمت خارج، نوع یکپارچه می باشد که از یک بدنه سرامیکی تشکیل شده که درون آن کانا لهای جریان بسیار زیادی قرار دارد که آب به صورت جداگانه از درون منافذ هر یک از آنها عبور می کندو آلودگیهای آن حذف می شود.بنابراین غشاها از این نوع از سطح نسبی بسیار بالایی برخوردار هستند و کارایی مناسبی ارائه می دهند.

غشاهای نانوفیلتراسیون از نوع یکپارچه، سطح غشایی زیادی را در حجمی فشرده و با قیمتی مقرون به صرفه در اختیار می گذارند، با این وجود، نوع ماژولی دارای مقاومت بیشتری بوده و از مشکلات کمتری در زما نهای طولانی تر )مثل گرفتگی و مسدود شدن کانا لها( رنج می برند. برخلاف سیستمها  با جریان از داخل به بیرون که معمولا شکل استوانه ای دارند، سیستمهای  با جریان از خارج به داخل به صورت غشاء سرامیکی صفحه های چند مجرایی  هستند که در برخی سیستمهای تصفیه فاضلاب کوچک به کار برده می شود. ذکر این نکته لازم است که در حال حاضر شرکتهای  آمریکایی و ژاپنی فعال در ساخت غشاهای سرامیکی برای تصفیه آب تمایل بیشتری به ساخت سیستمهای  یکپارچه دارند. در حالیکه سازندگان اروپایی به ساخت سیستمهای  با جریان از خارج به داخل تمایل بیشتری دارند.

 

بررسی انواع غشاهای پلیمری

 

مقایسه غشاء سرامیکی با غشاء پلیمری

امروزه هر دوی این غشاها در سیستمهای استفاده مجدد از آب، تصفیه آب و تصفیه فاضلاب در صنایع و بخشهای مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرد هاند. تقریبا تا اواخر سال ۲۰۰۸ غشاهای پلیمری سهم بیشتری از بازار را در اختیار خود داشتند و حدود ۷۵ درصد از بازار فیلتراسیون غشایی را به خود اختصاص داده بودند و ۲۵ درصد مابقی بازار مربوط به بقیه انواع غشاها، مخصوصا غشاهای سرامیکی بوده است)شکل8) .امروزه این آمار تغییر بسیار زیادی کرده است و سهم غشاهای سرامیکی نانوفیلتراسیون به شدت افزایش یافته است، به نحوی که در سال ۲۰۱۴ غشاهای سرامیکی ۳۵ درصد از کل بازار محصولات غشایی را در اختیار خود در آورده است، که این امر نشان دهنده افزایش سالانه استفاده از غشاهای سرامیکی در سیستمهای  فیلتراسیون می باشد. همچنین پیش بینی می شود که تا سال ۲۰۲۰ غشاهای سرامیکی سهمی در حدود ۱/ ۵ میلیارد دلار از بازار محصولات غشایی را به خود اختصاص دهند.

از نظر قیمت، غشاهای پلیمری ارزانتر از غشاهای سرامیکی هستند؛ ولی در عوض عمر بسیار کمتری دارند ونیاز به تعویضهای  متناوب زیادتری دارند. غشاهای سرامیکی بخاطر خواص مقاومتی )در برابر عوامل محیطی مثل فشار و دما و همچنین عوامل شیمیایی وغیره(  که دارند از طول عمر بیشتری برخوردار بوده و عملا مقرون به صرفه تر هستند. علاوه بر این، غشاهای سرامیکی دارای سرعت جریان بسیار بالاتری نسبت به نوع پلیمری هستند و همچنین میتوان  آنها را بوسیله حرارت دادن یا بوسیله جریان بخار تمیز و نیز استرلیزه کرد؛ در حالیکه غشاهای پلیمری از این مزیت بی بهره اند. دیگر تفاوت مهم میان این دو سیستم، این است که غشاهای پلیمری نیازمند فشارهای بالاتری هستند که باعث افزایش میزان انرژی مصرف شده توسط آنها می شود. پس به طور کلی، غشاهای سرامیکی مقرو ن به صرفه تراز غشاهای پلیمری هستند که این موضوع باعث افزایش استفاده از آنها در سیستمهای  استفاده مجدد از آب می باشد.

ساخت و اصلاح خواص غشاي نانوفيلتراسيون بر پايه پلي وينيل کلرايد با استفاده از ماده فعال کننده سطح يآنيوني سديم دو دسيل سولفات جهت تصفيه آب :

 در اين کار تحقيقاتي که توسط عبدالرضا مقدسی و همکارانش انجام گردید غشاي نانوفيلتراسيون پليمري بر پايه پليمر پلي وينيل کلرايد با استفاده از مخلوط حلا لهاي دی متیل استاميد و تتراهيدروفوران به نسبت 85:15 ساخته شد. روش ساخت غشاها با استفاده از تکنيک تهيه محلول پليمري به صورت فيلم نازک و غوطه وري در حمام غير حلال و تغيير فاز فيلم پليمري صورت پذيرفت. اثر غلظتهای  مختلف ماده فعا ل کننده سطحي آنيوني و آ بدوست سديم دو دسيل سولفات در محلول پليمري بر زمان تغيير فازي و عملکرد غشاها مورد بررسي قرار گرفت. جهت ارزيابي غشاهاي تهيه شده، آزمایشات شار، انتخا ب پذيري، محتواي آب و ساختارشناسي به کمک ميکروسکوپ الکتروني انجام شد. نتايج نشان می دهد افزودن سديم دودسيل سولفات به محلول پليمري باعث به وجود آمدن لايه جداساز متراکم تر در مقايسه با غشاي تهيه شده از پلي وينيل کلرايد خالص شده است. به علاوه در غشاهاي داراي اين ماده نسبت به غشاي خالص پليمري، ميزان شار کاهش و انتخا ب پذيري غشاها افزايش يافته است. ميزان غلظت بهينه سديم دو دسيل سولفات برابر با 0.45% وزني است كه باعث بهبود انتخا ب پذيري نمک به ميزان 21.67% در مقايسه با غشاي خالص شده است.

کاربرد نانوفیلتراسیون در صنایع غذایی

صنایع غذایی یکی از اولین صنایعی است که از فرآیند های غشایی آن هم در مقیاس بزرگ و صنعتی استفاده نموده است.

استفاده از فرآیند های UF و RO در صنایع غذایی تقریبا از سال 1975آغاز شده است.ورود فرآیند NF به صنایع غذایی نظیر صنایع لبنی و قند به سال 1984 باز می گردد. باید توجه داشت که استفاده از غشا ها علاوه بر کاربرد های مستقیم در فرایند تولید در کاربردهایی مانند تصفیه آبهای آلوده ،فیلتراسیون، وبازیابی محلولهای شستشوی غلیظ توسعه یافته است.کیفیت و بهداشت دو رکن اساسی در صنایع غذایی می باشند. لذا وقتی فرآیند های غشایی در این صنایع به کار گرفته شوند ضروری است که ملاحظات بهداشتی در تجهیزات ،فرآیند ،غشاء و مدول در نظر گرفته شود تا از آلودگی محصولات  به باکتری های گندیده و پادزیست (آنتی بیوتیک یا همان تولید میکروارگانیسمها) جلوگیری به عمل آید.

با توجه به حساسیت مواد غذایی و علیرغم وجود ملاحظات بهداشتی گاهی اوقات و حتی به صورت روزانه به شستشوی واحد ها با استفاده ازمحلو لهای بازی و یا اسیدی قوی ضروری می باشد تا بتوان به استاندارد های ایمن دست یافت . این شرایط  باید در انتخاب نوع سیستمها ، مواد به کار رفته، نوع  مدول و به خصوص جنس غشا ها لحاظ گردد.به عنوان مثال به تولید پنیرUFاشاره می کنیم : تولید پنیر سفید با استفاده از تکنولوژی پیشرفته اولترافیلتراسیون از سال 1976 در دانمارک آغاز و در ایران به کارگیری آن از سال 1376 شروع شده است. در این روش شیر تحت فشار و حررات مشخص از اولترافیلتر عبور داده می شود. آب، لاکتوز )قند شیر( و املاح که از ملکو لهای کوچک تشکیل شده اند از صافی عبور می کنند در حالی که چربی و پروتئین که عموما از ملکول های بزرگتر تشکیل یافته اند نمی توانند از آن عبور نمایند. به عبارت دیگر شیر پس از عبور از صافی ها به دو فاز نفوذپذیر )شامل آب  و لاکتوز و املاح( و فاز تغلیظ شده )شامل آ ب ،چربی, پروتئین و نیز مقداری لاکتوز و املاح که به صورت همراه و چسبیده با چربی و پروتئین دفع شده اند-( تقسیم   میشود. در ادامه مایه پنیر به فاز تغلیظ شده مانده در پشت نانوفیلتر اضافه شده و سایر مراحل تهیه پنیر مورد پیگیری قرار می گیرد.

با به کارگیری فناوری غشایی در تولید پنیر مزایای زیر حاصل می شوند:

به دلیل باقی ماندن اکثر پروتئین ها و چربی شیر در پنیر ارزش غذایی پنیر افزایش یافته و طمع مطلوبتری  که متناسب با ذائقه اکثر مصرف کنندگان می باشد حاصل می گردد. به ازای جرم معینی از شیر پنیر بیشتری حاصل می شود. به عبارت

دیگر بازدهی تبدیل شیر به پنیر افزایش می یابد )حدود 20 درصد(. صرفه جویی در مصرف مایه پنیر چرا که با تغلیظ  شرایط  انعقاد مهیاتر است.امکان تولید پنیر با ویژگیهای  یکنواخت و البته بهداشتی.

بررسي عملكرد تبادل گره هاي غشايي الياف توخالي درعلوم پزشكي نوين و داروسازي

از جديدترين كاربردهاي فناوري غشا ء استفاده آن در صنايع پزشكي، زيست فناوري و دارويي است ، هرچند غشاهايي كه براي كاربردهاي زيستي تهيه مي شوند در صنايع ديگر نيز قابل استفاده مي باشند. روش آماده سازي غشاها سال ها پيش با پيدايش غشاهاي تخت مطرح شد . فن اوري توليد غشا ليفي توخالي 40 سال پيش، با تعديل روش ساخت غشاهاي تخت، وارد فرايند جداسازي غشايي شد. با استفاده از روشي شبيه ريسندگي الياف نساجي، میتوان  الياف توخالي را با سطحي بسيار وسيع براي انتقال جرم و حرارت در داخل يك ماژول فشرده توليد كرد . سطح اين الياف به عنوان يك تبادل گر بين دو فاز متفاوت مانند يك لايه جداكننده انتخابي براي فرايندهاي نفوذ، جذب، واكنش، انتقال، انحلال و يا تراوش عمل مي كند.

توسعه غشاهاي ليفي توخالي به وسيله Mahbon(1996) و تجاري سازي اين غشاها در سال هاي بعد به همت Dow,Du pont,Monsanto  از مهمترین رویدادهای فناوری این غشاها می باشد.غشاهاي ليفي توخالي به طور سنتزي از مواد مختلفي كه به دو گروه آلي )پلیمری)  و غير آلی (غالبا شيشه و سراميك(  طبقه بندي مي شود، ساخته مي شوند. مواد آلي پليمري مهم تر ين گروه مواد غشايي به خصوص در فناوري الياف توخالي مي باشند. جنس اين غشا ها معمولاً از مواد پلي اترسولفون، پلي سولفون، پلي پروپيلن، پلي وينيليدين فلورايد، مخلوط استات سلولز و مواد ترموپلاستيك، پلي اكريلونيتريل، پلي وينيل كلرايد و پلي اورتان است .

پلیمر مناسب براي ساخت غشا ء بايد تراوش پذيري بالابراي افزايش عملكرد 2 جزیی كه از هم جدا مي شون دداشته باشد . اگر چه در اين صنعت مواد پليمري زيادي در بازار مورد استفاده قرار مي گيرد اما پلی پروپیلن، پلي اتيلن، پلي اترسولفون و پلي وينيليدين فلوراید،  پلي وينيل پيروليدين(PVP) ،(PES) رايج ترين مواد مورد استفاده در ساخت غشاهاي ليفي توخا لي مي باشند.

كاربردهاي الياف توخالي در علوم پزشكي نوین

غشاها از جمله مهم ترين عناصر در تجهيزات پزشكي مي باشند كه در اغلب موارد به عنوان بخش اصلي دستگاه در نظر گرفته مي شوند. مهم ترين نكته در اين فناوري نحوه انتقال جرم از غشا ء است، كه به علت قطر بسيار كوچك الياف نياز به استفاده از روابط ميكرو ديناميكي وجود دارد . اين غشاها به طور كلي در سه بخش اصلي شامل ريه، كليه و كبد مصنوعي اندام هاي مصنوعي و به صورت اختصاصي در علوم پزشكي نوين كاربرد دارند. در توليد دارو، خالص سازي آن نيز اهميت به سزايي دارد. به طور ميانگين توليد دارو 30 درصد از هزينه هاي دارو را در برمي گيرد، در حالي كه 70 درصد هزينه ها صرف خا لص سازي دارو مي شود . مهم ترين بخش در فرايند خالص سازي، غشاها هستند كه در فرايندهايي مانند دياليز، ميكروفيلتراسيون و نانوفيلتراسيون به كاربرده می شوند.همچنین برای خالص سازی پروتیئن ها و همچنین خالص سازی در پزشکی هسته ای نیز کاربرد دارد. غشاهاي ليفي توخالي مي توانند در رو ش هاي نوين تشخيص طبي نيز به كار روند سراجي و همكاران (1390)جهت آناليز آمانتادين در نمونه هاي ادرار روش  نويني بر پايه ريز استخراج مايع- مايع در تركيب با اسپكترومتري كورونا توسعه داده اند .

آمانتادين از نمونه آبي قليايي كه فاز دهنده است، با عبور از ميان يك فاز نازك از حلال آلي نرمال دودكان، كه منافذ ديواره الياف توخالي را پر كرده است، استخراج و پس از آن به درون فاز پذيرنده متانول ، كه در بخش دروني الياف قرار دارد ، وارد مي گردد. در اين روش الياف توخالي مانع از ورود ديگراجزاي ناخواسته با اندازه مولكول درشت تر به فاز پذيرنده مي شوند. اين روش در مقايسه با ديگر روش هاي تشخيصي بازدهي بالاتري به همراه دارد.

بررسي عملكرد نانوفيلتراسيون در حذف يونهاي آب پرس تفاله چغندر قند

از مهمترين پتانسيل هاي غشاهاي نانوفيلتراسيون حذف يون ها از آب ها و پساب ها با اهداف مختلف است . از جمله اين اهداف مي توان به سختي زدائي از آب آشاميدني، حذف يون هاي فلزات سنگين و تصفيه فاضلاب ها براي استفاده مجدد از آنها اشاره نمود . در اين تحقيق از غشاء نانو فيلتراسيون براي حذف مهمترين يون هاي موجود در آب پرس تفاله چغندر قند Mg+2 ,K+,Ca+2,Mg+2,SO4-2,Cl­-  با هدف استفاده مجدد از آن استفاده  شده است . اثر پارامترهاي عملياتي دما و فشار و غلظت بر پارامترهاي كارايي فرآيند فيلتراسيون غشايی شار تراوه، گرفتگي و در صد دفع اجزاء  مورد بحث و بررسي قرار گرفته است . نتايج نشان داد كه با افزايش دما شار تراوه، گرفتگي افزايش و درصد دفع يون ها كاهش مي يابد و با افزايش اختلاف فشار، شار تراوه ، گرفتگي و درصد دفع يون ها افزايش مي يابد . هم چنين نتايج حاكي از آن است كه افزايش بريكس، افزايش گرفتگي و كاهش شار و درصد دفع را به همراه خواهد داشت


واحد تحقیق و توسعه پرک شیمی


منابع وماخذ

1.مصطفی شهیدی نوقابی، سیدمحمدعلی رضوی،سیدمحمود موسوی،محمد الهی،بررسی عملکرد نانوفیلتراسیون در حذف یونهای آب پرس تفاله چغندرقند.

2.احمد میرباقری؛ مجید قلهکی؛ بیژن یگانه و خسرو حسینی؛ مقایسه فرآیندهای غشایی در تصفیه و شیری نسازی آب

با تکیه بر نانوفیلتراسیون. اسفندماه ۱۳۸۷ . اولین کنفرانس بین المللی بحران آب؛ دانشگاه زابل

3.نازلی عسگری،مطالعه ای بر فرایندهای غشایی،دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی سهند

4.هادی تابش،قاسم عموعابدینی،محمد مدنی ، محمدحسین غلامی،علی کاشفی،بررسی عملکردتبادل گرمایی غشایی الیاف تو خالی در علوم پزشکی نوین و دارو سازی

5.هایده حیاتی،محمد رضا دوستی، کاربرد فرایندهای غشایی در تصفیه آب

6.ززولی محمد علی،اصول فرایندهای غشایی و کاربرد آنها در تصفیه آب وفاضلاب 87-88انتشارات شهراب

7.سایت آموزشی فناوری نانو

ززولی محمد علی

،87- 88،» رد آنها در تصفیه آب و فاضلاب


در صورت نیاز نسخه پی دی اف این مقاله را دانلود کنید


 مطالعه مقالات زیر به شما پیشنهاد می گردد 

درباره روش ها و تجهیزات اندازه گیری در فناوری نانو بیشتر بدانید

♦ روش های تولید نانو ذرات نقره و مقایسه عملکرد آنها با یکدیگر

۵
از ۵
۹ مشارکت کننده

نظرات شما با احترام و در کمترین زمان ممکن پاسخ داده خواهد شد

رمز عبورتان را فراموش کرده‌اید؟

ثبت کلمه عبور خود را فراموش کرده‌اید؟ لطفا شماره همراه یا آدرس ایمیل خودتان را وارد کنید. شما به زودی یک ایمیل یا اس ام اس برای ایجاد کلمه عبور جدید، دریافت خواهید کرد.

بازگشت به بخش ورود

کد دریافتی را وارد نمایید.

بازگشت به بخش ورود

تغییر کلمه عبور

تغییر کلمه عبور

حساب کاربری من

سفارشات

مشاهده سفارش