اهمیت و اثر خواص رئولوژی محلول‌های پلیمری در فرایند جدایی فاز و شکل‌شناسی غشاهای پلیمری

نوع مقاله: مروری

نویسندگان

1 اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی نساجی، صندوق پستی 83111-84156

2 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، صندوق پستی 111-14115

چکیده

با توجه به توسعه روزافزون فناوری­‌های غشایی در صنایع مختلف و نیز اهمیت شکل‌شناسی غشاهای نامتقارن در تعیین عملکرد فرایندهای جداسازی غشایی، کنترل این مشخصه به­‌عنوان موضوعی مهم در فرایند ساخت غشا به­‌شمار می‌آید. از این‌رو، در این مقاله اثر خواص رئولوژی محلول‌های پلیمری از جمله رفتار گرانروکشسانی و ژل شدن بر شکل‌گیری (فرایند جدایی فاز) و شکل‌شناسی انواع غشاها (اعم از تخت و الیاف توخالی) بررسی شده است. مطالعات انجام شده نشان داد، جدایی فاز، فرایندی شاخص در تشکیل غشاهای نامتقارن است و دو سازوکار مهم جدایی مایع-مایع و جامد-مایع نیز عاملی مؤثر در تغییر شکل­‌شناسی غشا به ­شمار می­‌آید. بنابراین، با کنترل مرحله‌ ابتدایی فرایند جدایی فاز، می‌توان ریزساختار غشا را کنترل کرد و ساختاری مطلوب به‌­دست آورد. افزون براین، رفتار رئولوژی محلول‌های پلیمری حین ساخت غشا نیز عاملی اثرگذار بر ساختار شکل‌شناسی غشا به‌­شمار می‌­آید. بنابراین، مطالعه و بررسی اصول حاکم بر رفتار رئولوژی محلول‌های پلیمری مانند گرانروکشسانی، گرانروی برشی و گرانروی کششی نقش مهمی در تعیین شکل­‌شناسی و عملکرد جداسازی غشا ایفا می­‌کند. در این مقاله، با توجه به اثر متقابل رئولوژی محلول‌های پلیمری و فرایند جدایی فاز، اثر تغییر ویژگی‌های رئولوژی محلول بر فرایند جدایی فاز و در نهایت تشکیل غشاهایی با شکل­‌شناسی و ساختار متفاوت مطالعه شده است. همچنین، ضمن بررسی اثر مشخصه زمان آسایش محلول‌های پلیمری که در فرایند ساخت غشا قرار دارند و تحلیل ژل‌شدن و سازوکار‌های آن، شکل­‌شناسی نهایی غشا با توجه به رقابت میان سرعت رشد نواحی (فرایند جدایی فاز) و سرعت ژل‌شدن (رفتار رئولوژیکی) بحث شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Importance and Influence of Rheological Properties of Polymer Solutions in Phase Inversion Process and Morphology of Polymeric Membranes

نویسندگان [English]

  • Ali Zadhoush 1
  • Seyed Saeid Hosseini 2
  • Seyedeh Mohaddeseh Mousavi 1
1 Textile Engineering Department, Isfahan University of Technology, P.O. Box: 84156-83111, Isfahan, Iran
2 Chemical Engineering Department, Tarbiat Modares University, P.O. Box: 14115-111, Tehran, Iran
چکیده [English]

Considering the rapid progress in applications of membrane separation technologies in various industries and the importance of asymmetric membranes morphology in governing the separation performance in membrane systems, control of this parameter in the membrane fabrication process is regarded as a prominent subject in the field. Hence, investigation on the rheological properties of polymer solutions, including viscoelasticity and gelation behavior and their influence on the membrane formation and morphological structure of membranes including flat sheet and hollow fiber membranes is a prerequisite to produce asymmetric membranes with desirable characteristics. Phase inversion is the most widely used technique for the preparation of asymmetric membranes and the two major mechanisms of liquid-liquid and solid-liquid demixing in membrane fabrication process affect the morphology of the membranes. Therefore, controlling the phase inversion in the early stage can greatly influence membrane microstructure. The rheological behavior of polymer solutions during the fabrication of membranes as well as other factors that influence the morphological structure of the membranes are evaluated in the present study. In addition, the principles governing the rheology of polymer solutions such as viscoelasticity, shear and extensional viscosity play a crucial role in determining the membrane morphology and separation performance. Due to the interaction of the rheology of polymer solutions and phase inversion, the effects of changes in the rheological properties on the phase inversion and the formation of membranes with different structures and morphologies are studied. Furthermore, in addition to the analysis of the effect of the relaxation time and gelation mechanisms, discussions are provided about the determination of the final membrane morphology considering the competition between the domains growth and gelation rates.

کلیدواژه‌ها [English]

  • rheological properties
  • polymeric membranes
  • morphology
  • gelation rate
  • phase inversion process