ساخت غشاهای پلی اتیلنی دارای زئولیت ZSM-5 به روش جدایی فاز با القای گرمایی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تبریز، دانشگاه صنعتی سهند، دانشکده مهندسی شیمی، صندوق پستی 11996-51335

چکیده

افزایش هم ­زمان مقدار تراوایی و استحکام مکانیکی و کاهش گرفتگی، از چالش­ های پیش روی پژوهشگران در ماتریس غشاهای پلیمری است. در این پژوهش، غشاهای پلیمری از جنس پلی ­اتیلن که ذرات زئولیت ZSM-5 به آن اضافه شده بود، به روش جدایی فاز با القای گرمایی ساخته شدند.ساخت غشاها در دو مرحله انجام شد. در مرحله اول، در ضخامت و دمای ثابت حمام انعقاد، مقدار زئولیت نسبت به پلیمر در محدوده 0 تا %30 وزنی تغییر داده شد و نتایج مربوط به تغییرات مقدار تراوایی آب خالص و استحکام مکانیکی با نسبت زئولیت به پلیمر ارزیابی شد. نتایج به ­دست آمده حاکی از افزایش %60 مقدار تراوایی آب خالص، افزایش %300 استحکام مکانیکی و نیز افزایش %400 آستانه تحمل پارگی غشا در آزمون تراوایی آب خالص در غشا با غلظت %30 وزنی زئولیت است. در مرحله دوم از بهینه ­سازی ساختار و عملکرد غشا، به روش طراحی آزمون پاسخ رویه، اثر انفرادی و متقابل عوامل اثرگذار از جمله غلظت زئولیت، ضخامت غشا و دمای حمام انعقاد روی مقدار تراوایی آب و استحکام مکانیکی بررسی شد. نتایج به ­دست آمده حاکی از بهبود مقدار تراوایی آب با افزایش غلظت زئولیت و دمای حمام انعقاد است. در حالی که افزایش ضخامت غشا اثر چندانی بر بهبود تراوایی آب نداشت. نکته جالب اینکه افزایش ضخامت غشا فقط باعث بهبود استحکام مکانیکی غشا شد. درنهایت، عملکرد غشاهای ساخته شده در مرحله اول با استفاده از محلول کلاژن ارزیابی شد. نتایج به ­دست آمده نشان داد، غشاهای حاوی زئولیت مقاومت بیشتری در برابر گرفتگی دارند و این مقاومت با افزایش مقدار زئولیت افزایش می ­یابد

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fabrication of ZSM-5 Zeolite Dispersed Polyethylene Membranes via Thermally Induced Phase Separation Method

نویسندگان [English]

  • Yoones Jafarzadeh
  • Reza Yegani
  • Elham Shokri
Chemical Engineering Faculty, Sahand University of Technology, P.O. Box: 51335-1996, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Simultaneous increase in the permeance coefficient and mechanical strength and decrease in membrane fouling pose a challenge to polymeric membrane researchers. In this work, polyethylene (PE) polymer membranes, to which ZSM-5 zeolite particles have been added, were fabricated via thermally induced phase separation (TIPS) method. The fabrication of membranes is done in two steps; in the first step, in a constant coagulating bath temperature, the ratio of zeolite to polymer varies within 0-30% range and the changes in the pure water permeance and mechanical strength were assessed. The results are indicative of 60% increase in pure water permeancy, 300% increase in the mechanical strength and 400% increase in the ultimate tensile strength in pure water permeancy test in the membrane containing 30 wt% of zeolite. In the second step of optimization of the membrane’s structure and performance, the experimental design and response surface methodology (RSM) is applied to measure the individual and mutual effects of zeolite concentration, membrane’s thickness and bath temperature parameters on the water permeancy and mechanical strength. The results indicated that the water permeancy improved with any increase in the zeolite concentration and coagulation bath temperature while the membrane’s thickness scarcely affected the water permeancy. The interesting point was that any increase in the membrane thickness improved mechanical strength. Finally, the performance of membranes was evaluated using the collagen solution. The results showed that the membranes containing zeolites were more fouling resistant and the degree of resistance increased by increasing the zeolite content.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polyethylene membrane
  • ZSM-5 zeolite
  • thermally induced phase separation
  • mechanical strength
  • water permeancy