اثر شرایط ساخت بر شکل‌شناسی غشای پلی‌آکریلونیتریل میکرفرافیلترکردن و کاربرد آن در جداسازی پروتئین و چربی از شیر

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 ماهشهر، پردیس ماهشهر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، آزمایشگاه تحقیقاتی فرایندهای غشایی، صندوق پستی ۴۱۵

2 تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی نساجی، صندوق پستی ۱۵۹۱۴

چکیده

در این پژوهش، غشای نامتقارن در محدوده میکرو تا فرافیلترکردن از ماده اولیه پلی‌آکریلونیتریل به روش وارونگی فاز تهیه شده است. اثر پارامترهای مهم و اثرگذار در ساخت غشا، شامل غلظت محلول پلیمری، زمان تبخیر در محیط، دمای حمام انعقاد و ترکیب آن و زمان ماندگاری در این حمام بررسی شده است. مشخصات مهم غشا مانند اندازه قطر حفره‌ها، مقدار تخلخل، شکل‌شناسی و استحکام مکانیکی آن به کمک آزمون­‌های نقطه حباب، شار آب، مدول کششی و نیز میکروسکوپ الکترونی پویشی ارزیابی شده است. نتایج نشان داد، با افزایش غلظت پلیمر از %۱۳ به %۱۷ وزنی، مقدار تخلخل غشا و شار آب عبوری از آن کاهش یافته، پوسته غشا مشهودتر شده و اندازه حفره‌ها نیز کوچک ­تر شده است، به‌طوری که در گستره غشاهای فرافیلترکردن قرار گرفته است. همچنین با افزایش زمان تبخیر حلال در محیط، پوسته ضخیم‌­تری با اندازه حفره‌های کوچک‌­تر شکل گرفته است. استفاده از حمام انعقاد با دمای کمتر از ۳۰ درجه سلسیوس باعث استحکام مکانیکی بیشتر، اندازه حفره‌های کوچک‌­تر و کاهش شار آب شد. با افزودن ایزوپروپانول به حمام انعقاد، سرعت لخته‌شدن کاهش یافته و اندازه حفره‌ها به کمترین مقدار (با استفاده از حمام ایزوپروپانول خالص) رسید. افزایش زمان ماندگاری در حمام نیز، باعث یکنواختی بیشتر حفره‌ها و تخلخل زیادتر و افزایش استحکام مکانیکی غشا شد. در نهایت، غشای فرافیلترکردن به‌دست آمده برای تغلیظ پروتئین و چربی شیر بررسی و ارزیابی شد. بیشترین مقدار پس‌زنی پروتئین برابر %۹۳ به‌دست آمد و چربی شیر نیز در جریان ماده تراویده این غشا به‌طورکامل حذف شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effects of Preparation Conditions on Morphology of Polyacrylonitrile Micro/Ultrafiltration Membrane and Its Application in Protein and Fat Separation from Milk

نویسندگان [English]

  • Seyed Ali Alavi 1
  • Ali Kargari 1
  • Mohammad Karimi 2
  • Hamidreza Sanaeepur 1
  • Somayeh Lariji 1
1 Membrane Processes Research Laboratory (MPRL), Department of Petrochemical Engineering, Amirkabir University of Technology, Mahshahr Campus, Mahshahr, P.O. Box: 415, Iran
2 Department of Textile Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, P.O. Box: 15914, Iran
چکیده [English]

Polyacrylonitrile (PAN) micro/ultrafiltration membranes were prepared by phase inversion method. The effects of various preparation conditions including polymeric solution concentration, evaporation time, temperature, composition and residence time of the coagulation bath were investigated. Various important membrane characteristics such as pore size, bulk porosity, and mechanical and morphological properties were taken into the consideration. The characterizations were performed by measuring the bubble point, water flux, tensile strength and scanning electron microscopy (SEM) analyses. The results showed that by increasing the polymeric solution concentration from 13 to 17 wt%, the porosity and water flux were decreased. Moreover, the membrane skin layer was considerably thickened with a very significant decrease in its pore sizes which was achieved in ultrafiltration region. By increasing the evaporation time at atmospheric pressure, membrane skin layer was thickened and the pore sizes were decreased. Low coagulation bath temperatures (below 30°C) resulted in lower pore size, water flux, and an increase in membrane mechanical strength. Introduction of isopropanol (IPA) into the water coagulation bath led to lower coagulation rate and consequently, the formation of smaller pores became possible by using pure isopropanol as coagulation bath. Furthermore, by increasing the residence time in coagulation bath, a more porous structure with more uniform pore sizes were formed that showed better mechanical properties. Finally, the so-called ultrafiltration membranes were applied in concentration process of protein and milk fat. A protein rejection more than 93% was attained while a complete removal of milk fat was achieved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ultrafiltration
  • microfiltration
  • polyacrylonitrile
  • morphology
  • protein separation