مروری بر رسوب غشایی ایجاد شده از طریق روغن امولسیون

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):

چکیده

جداسازی امولسیون­‌های مایع-مایع یک مشکل چالش­ برانگیز است که با توسعه منابع نفتی غیر متعارف اهمیت پیدا کرده است. حجم زیادی از آب آلوده به روغن امولسیون ­شده برای دفع ایمن یا استفاده مجدد کارآمد باید تصفیه گردد. در میان فناوری‌هایی که قادر به حذف روغن پراکنده به قطرات کوچک‌تر (کمتر از 15 میکرومتر) هستند، فرآیندهای غشایی جایگاه منحصر به فردی را اشغال می‌کنند که در آن عملکرد جداسازی و توان عملیاتی مورد نیاز را می‌توان با هزینه نسبتاً متوسطی به دست آورد. مانند بسیاری از فرآیندهای مبتنی بر غشا، جداسازی روغن امولسیون‌­شده مستلزم رسوب غشایی است که نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارد و هزینه‌­های عملیاتی اضافی را تحمیل می­‌کند. امولسیون‌ها چالش‌های منحصربه‌فردی را ارائه می‌کنند زیرا رفتار رسوب‌پذیری آن‌ها تحت ‌تاثیر تغییر شکل‌پذیری قطرات، تجمع هم در توده و هم در سطح غشا، خیس شدن غشا توسط قطرات و لایه‌ها، انسداد منافذ و نفوذ روغن قرار می‌گیرد. هدف این مقاله، مروری بر متون مربوط به جداسازی امولسیون‌های نفت-آب توسط فرآیندهای غشایی تحت فشار با تأکید بر چگونگی تأثیر خواص امولسیون‌ها و غشاها بر عملکرد جداسازی است. تمرکز ویژه بر رسوب غشایی توسط روغن از جمله پایه‌­های فیزیکوشیمیایی، تشخیص و تجسم است. این بررسی مطالعاتی را با پساب‌های روغنی صنعتی و امولسیون‌های مدل مصنوعی انواع مختلف روغن در بر می‌گیرد. بحث در مورد مواد غشایی به تغییرات سطحی محدود می­‌شود که غشاها را در برابر رسوب مقاوم‌­تر می‌­کند.

خلاء­ دانشی و چشم انداز تحقیق

طراحی غشاهای مصنوعی با شار بالا و توسعه فرآیندهای جداسازی مبتنی بر غشا از مهمترین پیشرفت‌ها در تصفیه آب در قرن بیستم است. رسوب غشایی از زمان کاربردهای عملی اولیه غشاها موضوع بررسی علمی بوده است و زمانی که غشاها برای کاربردهای شهری تجاری شدند به نقطه کانونی تحقیقات در مورد مواد و انتقال جرم در ماژول‌­های غشایی تبدیل شد. بر این اساس، بیشتر دانش از طریق کار با خوراک‌هایی مانند آب‌های سطحی، زیرزمینی و فاضلاب شهری ایجاد شده است. پایگاه دانش کوچک­تر در مورد رسوب غشایی توسط روغن بیشتر در زمینه تصفیه فاضلاب صنعتی روغنی شکل گرفته است. از آن­جا که این کار مبتنی بر صنعت عمدتاً اکتشافی بوده است و به دلیل پیچیدگی امولسیون‌ها، درک مکانیکی از رسوب غشایی روغن وجود ندارد. درحالی که برخی از دانش و روش‌­ها را می‌­توان از کار قبلی در مورد جداسازی تک فاز و جامد-مایع بدست آورد، اما امولسیون‌­ها سوالات و چالش‌های منحصر به فردی را ایجاد می‌­کنند.

با انطباق یک رویکرد مفهومی پربار از زمینه جداسازی جامد-مایع، رسوب غشایی توسط روغن را می­‌توان به عنوان یک نتیجه از انتقال طولانی مدت رسوب‌ها از قسمت عمده خوراک به سطح غشا و برهمکنش‌­های سطحی آن­ها در غشا توصیف کرد. سطح انتقال عمیق باید برای تجمع توده‌­ای و جفت­‌شدن بین دو فاز مایع که در آن جریان­‌های داخلی درون قطرات مولفه اصطکاک، نیروی کشش را تغییر می­‌دهد، بیان شود. رفتار رئولوژیکی لایه‌های رسوب‌کننده، چه راکد یا جاری، نیز باید درک شود تا مشخص شود که چگونه نفوذپذیری هیدرولیکی چنین لایه‌هایی و پاسخگویی آن­ها به تمیز­ کردن (هیدرولیک یا شیمیایی) تحت تأثیر شیمی امولسیون و هیدرودینامیک جریان قرار می‌گیرد. این تلاش‌ها می‌توانند بر اساس تحقیقات موجود بر روی امولسیون‌های بسیار غلیظ و این دانش را برای لایه‌های قطره‌ای روی مرزهای نفوذپذیر مانند غشاها در حضور جریان متقاطع و جریان نفوذی به کار ببرند.

در محدوده سطحی، رسوب غشایی توسط فعل و انفعالات بین روغن (در قطرات، لایه­‌ها یا درون منافذ)، و غشا و سایر گونه‌های دفع ­شده مانند نمک‌­ها و سورفکتانت‌­ها کنترل می­‌شود. گونه‌­های محلول از طریق تعدادی مکانیسم مانند:

1) تغییر پارتیشن سورفکتانت بین فازهای آبی و نفتی

2) از طریق برهمکنش‌­های خاص با سورفکتانت­‌ها (مانند کاتیون­‌های دو ظرفیتی که بین سورفکتانت‌­های یونی در توده و در سطح مشترک نفت و آب پل می‌­زنند)

3) غربالگری دافعه الکترواستاتیک بین قطرات (معمولاً با بار مشابه)

4) تغییر سینتیک انعقاد به طور مستقیم و از طریق زهکشی فیلم تغییر ­یافته بین قطرات

5) تغییرات ناشی از نمک در غلظت بحرانی سورفکتانت­‌ها و غیره؛ بر پایداری امولسیون تأثیر می‌­گذارند.

سوال کلی در مورد چگونگی تعامل گونه‌های دفع ­شده در لایه مرزی تحت شرایط قطبش غلظت تا حد زیادی باز است. همانطور که در مورد رسوبات ذرات غیرقابل تغییر شکل، می‌­توان انتظار جفت ­شدن را داشت که در آن تجمع روغن در سطح غشا مانع از انتشار مجدد گونه‌های دفع شده می­‌شود و غلظت آن‌­ها را در مجاورت سطح غشا افزایش می‌دهد، درحالی که نمک­‌های دفع شده ثبات و ساختار را تغییر می‌­دهند. نفوذپذیری لایه روغن مایسلی شدن سورفکتانت‌ها در فضای منافذ بین قطره‌­ای تحت تأثیر نمک دفع شده قرار می‌گیرد و منجر به ساختارهای مختلف لایه کامپوزیت میسل-قطره می‌شود.

تکنیک‌های تجسم، نقش فرعی و توانمندی مهمی را ایفا می‌کنند که باید به اعتبارسنجی نتایج کار آزمایشی و مدل‌سازی روی شکل‌گیری و ساختار لایه‌های رسوب‌کننده کمک کند. توسعه تکنیک‌های غیر تهاجمی با وضوح بالاتر، به ویژه برای تشخیص مراحل اولیه رسوب ارزشمند است. با توجه به اینکه پیشگیری کامل از رسوب غشایی برای اکثر خوراک‌های مرتبط غیرواقعی است، طراحی مواد غشایی باید بر روی میل ترکیبی و طراحی فضای منافذ متمرکز شود تا از انواع رسوب‌های شدیدتر جلوگیری کند (مانند مسدود کردن داخل حفره) و تمیز کردن غشا را تسهیل کند.

دانلود فایل: رسوب غشایی ایجاد شده از طریق روغن امولسیون

Reference

Tummons E, Han Q, Tanudjaja HJ, Hejase CA, Chew JW, Tarabara VV. Membrane fouling by emulsified oil: A review. Separation and Purification Technology. 2020 Oct 1; 248:116919.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.116919

مترجم: علیرضا کرفی