ترریسی و جت خشک اولترافیلتراسیون

ترریسی و جت خشک اولترافیلتراسیون – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  نساجی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

تاثیر تر ریسی و جت خشک- تر ریسی بر روی آرایش یافتگی برشی ایجاد شده در حین تشکیل غشاءهای لیفی توخالی بواسطه فرآیند اولترافیلتراسیون

چکیده

ما تاثیر تر ریسی و جت خشک- تر ریسی روی آرایش یافتگی برشی ایجاد شده در حین تشکیل غشاء لیفی را با مشخص کردن خصوصیاتی نظیر قابلیت نفوذپذیری، کارائی جداسازی و خواص ترمومکانیکی غشاءهای اولترافیلتراسیون لیفی توخالی نشان دادیم. هر دو گونه الیاف حاصل از تر ریسی و جت خشک- تر ریسی بواسطه استفاده از فرآیندهای معکوس فازی آماده شدند. حفره (فضای) هوایی ۱ سانتیمتر بمنظور کمینه کردن تاثیر نیروی جاذبه برای فرآیند جت خشک- تر ریسی انتخاب شد. برای تعمیم دادن نتایجمان غشاءهای اولترافیلتراسیون توخالی لیفی گوناگونی با ساختارهای متفاوت با استفاده از ۶ محلول ریسندگی (دوپ) با انواع مختلفی از پلیمرها، حلال‌ها و مواد افزودنی تحت سرعت‌های برشی مختلف، آماده شدند. نتایج تجربی نشان می‌دهند که جریان آب خالص، ضریب انبساط حرارتی (CTE) و ازدیاد طول الیاف تر ریسی شده از الیاف جت خشک- تر ریسی شده کمتر است. اما کارائی حلاسازی، مدول ذخیره، مدول افت و استحکام کششی الیاف تر ریسی شده بالاتر است. نتایج نشان می‌دهند که لیف تر ریسی شده دارای منافذ کوچکتر و پوسته تراکم‌تر از لیف ریسیده شده به روش جت خشک- تر ریسی است. این نتایج فرضیات ما را درباره اینکه آرامش یافتگی ملکولی ایجاد شده در پوسته خارجی لیف تولید شده بواسطه تنش برشی درون رشته‌ساز (اسپنیرت) می‌تواند در لیف تر ریسی شده بصورت متمرکز و بسته و در ناحیه حفره کوچک هوایی در لیف         جت- خشک تر ریسی شده بصورت آزادتر و بازتر وجود داشته باشد را تایید می‌کنند. نتایج تجربی قویا نشان می‌دهند که حفره‌ هوایی ۱ سانتیمتر تاثیر چشمگیری بر روی کارائی غشاء می‌گذارد. این نتیجه از این حقیقت ناشی می‌شود که الیاف تر ریسی شده دارای آرامش یافتگی ملکولی برشی بالاتری (از اسپنیرت) از الیاف جت خشک- تر ریسی شده می‌باشند و استراحت ملکولی قوی در حفره هوایی وجود دارد. غشاء اولترافیلتراسیون (UF) لیفی توخالی با جریان بالای ۱۲۲۰ L/h m² بار (bar) را می‌توان با شیوه ارائه شده در این مقاله تولید کرد.

واژه‌های کلیدی: آرامش یافتگی ایجاده شده برشی، اثر حفره هوایی، غشاء‌های اولترافیلتراسیون، تشکیل غشاء، اندازه منفذ

ترریسی و جت خشک اولترافیلتراسیون

۱- مقدمه

به خوبی معلوم است که تشکیل غشاءهای لیفی توخالی از باغشاء‌های صفحه‌ای صاف در حین تشکیل غشاء شامل پارامترهای کنترلی بیشتری است. اغلب پارامترهای درگیر ساختمان و ابعاد اسپنیرت [۶-۱]،‌ وسکوزیته و قابلیت ریسندگی محلول ریسندگی [۱۰-۷]، اختلاف دمائی میان محلول ریسندگی و محیط خنک کننده [۱۲-۱۱]، سرعت اکتروژن محلول ریسندگی [۱۷-۱۳ و ۵]، سرعت جریان محلول ریسندگی [۲۱-۱۸ و ۵]، ترکیب و درجه حرارت جریان محلول و انعقاد خارجی [۲۷-۲۲ و ۱۹]، سرعت تبادل نسبی میان حلال و انعقاد در سطوح داخلی و خارجی سطوح لیف تشکیل شده [۳۰-۲۸]، سرعت برداشت لیف [۳۳-۳۱ و ۵]، طول حفره هوائی [۳۶-۳۴-۲۷-۲۶-۲۱-۱۹-۱۵-۹ و ۵] و غیره می‌شود. در نتیجه فاکتورهای تشکیل دهنده از سایرین از پیچیدگی بیشتری برخوردارند. پیکربندی غشاء لیفی توخالی امروزه در اغلب کاربردها گزینه منتخب است، چرا که این نوع غشاء‌ها نسبت به غشاء‌های ورقه‌ای مسطح دارای مزایای گوناگونی هستند[۳۸ و ۳۷]. از نقطه نظر بنیادی مطالعات کمی بر روی تاثیر آرامش یافتگی ایجاد شده برشی همراه با فاصله حفره هوایی در حین تشکیل لیف توخالی بر روی غشاء اولترافیلتراسیون وجود دارد، بنابراین در این مقاله بر روی این موضوع متمرکز شدیم.

…

غشاء‌های لیفی توخالی نه تنها شامل پوسته خارجی بلکه دارای پوسته دو گانه‌ای است که بمنظور تایید این مطلب که پوسته داخلی تراکم بر روی تجزیه و تحلیل داده‌ای آرامش یافتگی ملکولی سطح خارجی الیاف توخالی تاثیرگذار است، مورد مطالعه قرار گرفت. این تحقیق نه تنها غشاءهای لیفی توخالی را از نظر مورفولوژی، جریان و جداسازی بررسی می‌کند، بلکه سعی بر این دارد که خواص ترمومکانیکی الیاف را با آرامش یافتگی ملکولی مرتبط سازد.

ترریسی و جت خشک اولترافیلتراسیون

۲- تجربیات

۱-۲- مواد مورد استفاده

پلی‌اترسولفون RADEL A-300 (PES) و پلی‌سولفون (PSf) از شرکت     Amoco Performance Products اوهایو، آمریکا، خریداری شد. N– میتل-۲- پیرولیدن (NMP, >99%)، N,N– دی‌متیل (DMA_C, >99%) lacetimide، N,N– دی‌متیل فورمامید، دی‌اتیلن گلیکول (DG) و ۱و۲ پروپان دیول (۱و۲- PD) توسط Merck تهیه شد. سه گونه از پلی(وینیل پیرولدین) (PVP) از Acros Organics ، نیوجرسی، آمریکا، PVP10K (متوسط وزن ملکولی ۱۰۰۰۰)، PVP29K (متوسط وزن ملکولی ۰۲۹۰۰)، PVP40K (متوسط وزن ملکولی ۴۰۰۰۰) و آلبومین سرم bovine (BSA) (وزن ملکولی ۶۷۰۰۰) از Fluka برای بررسی کارائی جداسازی الیاف استفاده شدند. سایر حلال‌های آلی از نوع معرف‌ها بودند و با دریافت، مصرف می‌شدند.

۲-۲ سنجش خصوصیات رئولوژیکی محلول ریسندگی و آماده‌سازی غشاء‌های اولترافیلتراسیون لیف توخالی

محلول یکنواخت ریسندگی با روش زیر آماده شد: ابتدا حلال و مواد افزودنی درون بطری شیشه‌ای به خوبی مخلوط شد، سپس پلیمر خشک شده درون آون به مخلوط درون بطری اضافه شد. در آخر کار بطری حاوی مخلوط بر روی ماشین چرخان به مدت یک هفته و در دمای اتاق چرخیده شد (حرکت دورانی).

به منظور مطالعه خصوصیات رئولوژیکی محلول ریسندگی درون اسپنیرت رئولوژ سنج علمی ARES Rheometric برای تعیین تنش برشی محلول ریسندگی بعنوان تابعی از سرعت (نرخ) برش استفاده شد. آزمایش‌ها درون صفحه مخروطی (cone-plate) 25 میلیمتری در دمای C°۲۵ انجام شد و برش در حالت پایدار در رنج ۱-۱۰۰_s^-1 اندازه‌گیری شد. مدل قانون توان [۴۶ و ۴۱ و ۴۰] برای مناسب کردن این داده‌های رئولوژیکی و رابطه بین تنش برشی (N/m²) τ و نرخ برشی (s^-1) γ مطابق با رابطه زیر عمل شد:

۳-۲- مطالعه مورفولوژی الیاف توخالی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پیمایش (SEM)

الیاف خیس آبکشی شده درون نیتروژن مایع غوطه‌ور شدند و برای بدست آوردن یک سطح مقطع کامل تحت عملیات شکست قرار گرفتند. سپس با روش خشک کردن هوا- هگزان- اتانول خشک شدند و سپس با طلا و پوشش دهنده BAL-TEC برای مطالعه SEM پوشانده شدند. نمونه‌های لیف تحت PHILIPS XL 30 SEM برای تعیین مورفولوژی مشاهده شدند.

۴-۲- سنجش جریان آب و کارائی جداسازی غشاء‌های اولترافیلتراسیون لیفی

آزمایش‌های ما با فیلتراسیون جریان عرضی انجام شد. برای الیاف با پوسته خارجی، محلول تغذیه به سمت پوسته واحد پمپ شد و جریان نفوذ از لومن الیاف بیرون آمد که جزئیات بیشتر در جای دیگری ارائه شده است[۱۷]. برای الیاف توخالی با پوسته‌های دوگانه، محلول تغذیه به سمت لومن الیاف تغذیه شد و جریان نفوذ (permeate) در انتهای واحد U شکل جمع‌آوری شد. دیاگرام شماتیک برای تغذیه فرآیند به منظور سنجش قابلیت نفوذ و کارائی جداسازی غشاء‌های اولترافیلتراسیون در شکل ۲ نشان داده شده است. ۱۰ لیف با طول ۳۰ سانتیمتر در واحد آزمایش نصب شدند. سه واحد برای هر نمونه آزمایش شد و متوسط کارائی‌ آنها گزارش شد.

۵-۲- بررسی خواص ترمومکانیکی الیاف توخالی

خواص ترمومکانیکی الیاف رسیده شده در قالب فاکتورهای ضریب انبساط حرارتی Tg , (CTE)، مدول ذخیره (storage modulus) و مدول افت (loss modulus) بیان می‌شود. برای سنجش CTE غشاء‌های لیفی توخالی، نمونه خشک شده از دمای اتاق تا دمای C°۲۵۰ با سرعت گرم کردن min/ C°۵ تحت حرارت قرار گرفت و تغییر ابعاد محوری لیف توخالی در مقابل درجه حرارت با استفاده از ابزارهای حرارتی TMA 2940 مشاهده شد. طول نمودار در حدود ۱۵ میلیمتر بود. CTE برای تمام الیاف در دامنه دمائی C°۱۰۰-۵۰ محاسبه شد. برای اندازه‌گیری مدول ذخیره و مدول افت لیف نمونه با طول تقریبی ۱۰ میلیمتر از دمای اتاق تا دمای C°۲۵۰ با سرعت min/ C°۳ گرم شد و فرکانس با ابزار حرارتی DMA 2980 تنظیم شد. …

ترریسی و جت خشک اولترافیلتراسیون

۳- بحث و نتیجه‌گیری

۱-۳- تاثیر فرآیند تر ریسی بر روی مورفولوژی غشاء‌های اولترافیلتراسیون لیفی توخالی  

ابعاد دو مورفولوژی الیاف توخالی ریسیده شده به دو روش تر و جت خشک- تر ریسی همراه با محلول‌های ریسندگی متفاوت در جدول ۴ بصورت خلاصه آورده شده است. در تمام موارد قطر لیف تر ریسی شده بزرگتر از لیف مشابه تولید شده به روش جت- خشک تر ریسی شده است. شکل ۳ یک مثال در این مورد را نشان می‌دهد. دلیل این موضوع ناشی از این حقیقت است که ماکرو ملکولهای پلیمری هنگام خروج از رشته‌ساز و مطابق با شکل ۴ دچار پدیده تورم حدیده‌ای می‌شوند. در فرآیند تر ریسی تورم حدیده‌ای ممکن است بلافاصله توسط آب منعقد شود و آرامش یافتگی حاصل شده درون رشته‌ساز ممکن است تبدیل به پوسته خارجی جامد شده سفت شود (در الیاف تر ریسی شده). ممکن است تورم قبل از ورود الیاف تشکیل شده به درون حمام انعقاد ناپدید شود و برای الیاف ریسیده شده به روش جت خشک- تر ریسی اگر فاصله هوایی یک سانتیمتر باشد، آرامش یافتگی ایجاد شده برشی ممکن است به حالت استراحت برسد. علاوه بر این نیروی جاذبه بر روی ازدیاد طول تاثیر می‌گذارد و موجب کشیده شدن لیف می‌شود. در نتیجه تر ریسی موجب تولید غشاء‌های توخالی با پوسته خارجی متراکم‌تر و یا اندازه منافذ کوچکتر می‌شود که همین امر موجب کاهش یافتن جریان و کارائی بالاتر جداسازی در مقایسه با الیاف ریسیده شده به روش جت خشک- تر ریسی می‌شود. این موضوع توسط نتایج بعدی اثبات می‌شود.

ترریسی و جت خشک اولترافیلتراسیون

۲-۳- تاثیر ترریسی و جت خشک- تر ریسی بر روی اندازه منافذ غشاءهای اولترافیلتراسیون لیفی توخالی

 به منظور تقویت فرضیات اعمال شده در مورد اینکه آرامش یافتگی ایجاد شده در سطح خارجی توسط تنش برشی درون اسپنیرت (رشته‌ساز) در الیاف تر ریسی شده می‌تواند بصورت بسته و منقبض شده وجود داشته باشد، اما ممکن است در ناحیه فاصله هوایی الیاف جت خشک- تر ریسی شده بصورت استراحت یافته وجود داشته باشد. اندازه منفذ غشاء‌های اولترافیلتراسیون لیفی توخالی مشخص و بررسی شد. علاوه بر این برای تایید طراحی ما در مورد این موضوع که پوسته داخلی لیف توخالی با لایه‌های دو گانه برای تحلیل داده‌های مربوط به آرامش یافتگی ملکولی بر روی سطح خارجی غشاء، به مشخص کردن اندازه منفذ غشاء پرداخته شد.

۳-۳- تاثیر تر ریسی و جت خشک- تر ریسی بر روی خواص ترمومکانیکی

به منظور تایید بیشتر فرضیاتی که ادعا می‌کنند آرامش یافتگی ایجاد شده در سطح خارجی بواسطه تنش برشی درون رشته‌ساز می‌تواند در الیاف تر ریسی شده منقبض و جمع شده باشد، اما در منطقه فاصله هوایی برای الیاف ریسیده شده به روش جت خشک- تر ریسی بصورت آزاد و استراحت یافته باشد، آنالیزهای ترمومکانیکی استفاده شد.

ترریسی و جت خشک اولترافیلتراسیون

۴- نتیجه‌گیری

با استفاده از فرآیند معکوس فازی، ما تاثیر تر ریسی و جت خشک- تر ریسی را بر روی قابلیت نفوذپذیری، کارائی جداسازی و خواص مکانیکی غشاء‌های اولترافیلتراسیون لیفی توخالی نشان دادیم. ما این غشاء‌ها را با ساختارهای متفاوت و با استفاده از انواع مختلفی از پلیمرها، حلال‌ها و مواد افزودنی تهیه کردیم. نتایج تجربی نشان دادند که آرامش یافتگی ملکولی ایجاد شده در سطح خارجی لیف تولید شده بواسطه تنش برشی اعمال شده درون رشته‌ساز می‌تواند در الیاف تر ریسی شده منقبض و بسته باشد اما ممکن است در ناحیه حفره هوایی بصورت آزاد و استراحت یافته باشد. در نهایت الیاف تر ریسی شده دارای منافذ کوچکتر و یا پوسته متراکم‌تری از الیاف ریسیده شده به روش جت خشک- تر ریسی می‌باشند که ناشی از آرامش یافتگی ملکولی بالاتری است که در الیاف تر ریسی شده وجود دارد. علاوه بر این، جریان آب خالص، CTE و ازدیاد طول الیاف تر ریسیده شده کمتر از نوع دیگر است، اما کارائی جداسازی، مدول ذخیره، مدول افت و استحکام کششی نوع اول از دوم بالاتر است. از نتایج مشخص شد که برای غشاء‌های با لایه خارجی، الیاف تر ریسی شده به نحو چشمگیری دارای جریان کمترند ولی جداسازی بالاتری نسبت به نوع دوم دارند. هر چند برای غشاء‌های با لایه‌های دوگانه، الیاف تر ریسی شده مشخصا دارای جریان کمتر بوده، اما به مقدار جزئی جداسازی بالاتری نسبت به الیاف ریسیده شده با نوع دوم دارند. علاوه بر این نتایج پیشنهاد کردند که غشاء اولترافیلتراسیون توخالی با جریان بالای L/h m² bar1220 را می‌توان با شیوه ارائه شده در این مقاله، تهیه کرد.