مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):
چکیده
کار حاضر به‌طور سیستماتیک سیستم‌های غشایی ارتعاشی را به‌عنوان معیاری برای کنترل رسوب بررسی می‌کند. فرکانس و دامنه ارتعاش، اندازه منافذ غشا، چگالی انباشته‌شدن ماژول‌های غشا و ویسکوزیته فیلترها پارامترهای عملیاتی کلیدی هستند که بر سرعت برش تأثیر می‌گذارند. شار بحرانی سیستم‌های غشایی ارتعاشی عمدتاً به فرکانس و دامنه ارتعاش، اندازه رسوب‌ها و همچنین افزودن مواد منعقدکننده بستگی دارد. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) محبوب‌ترین ابزار شبیه‌سازی برای مطالعه مکانیکی ارتعاش غشا است. سیستم‌های غشایی ارتعاشی به‌طور گسترده در برداشت ریزجلبک، تصفیه فاضلاب، تولید لبنیات و جداسازی پروتئین از مخمر استفاده شده است، جایی که اشکال پیشرفته ارتعاش، مانند سیستم ارتعاش غشایی القای مغناطیسی (MMV) و سیستم غشای ارتعاش برشی یکنواخت (USVM) برای رفع نیازهای برنامه مربوطه توسعه یافته است. PMMA، ETFE، PPO و FEP واجد شرایط هستند و ممکن است در آینده به‌عنوان مواد غشایی ارتعاشی استفاده شوند.
نتیجه‌گیری
فناوری غشای ارتعاشی به‌عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین روش‌های کاهش رسوب در نظر گرفته شده است. درک مکانیسم چگونگی نیروی برشی ایجاد‌شده توسط انواع مختلف ارتعاش غشا یک گام کلیدی برای بهبود کارایی و کاهش هزینه‌ها است. پیروی از شکاف‌های دانش استخراج‌شده از این بررسی ممکن است تا حدودی مسیرهای تحقیقات آینده را روشن کند.
مطالعات قبلی نشان داده‌اند که دمای در حال رشد، فشار و شار محلول را تشدید می‌کند و رسوب غشا را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، ثابت شده است که شار بحرانی با افزایش دما به دلیل انتشار افزایش‌یافته رسوب‌ها در سطح غشا افزایش می‌یابد. در سیستم‌های غشایی ارتعاشی، انتظار می‌رود که شار بحرانی با دمای بالاتر تقویت شود، اما همبستگی‌ها و مکانیسم‌های کمی آن‌ها در شرایط عملیاتی مختلف باید بیشتر مورد بررسی قرار گیرد.
مطالعات قبلی نشان داده‌اند که افزایش فرکانس و دامنه می‌تواند نرخ برش را افزایش دهد. تجزیه و تحلیل بیشتر بر روی داده‌های تجربی نشان می‌دهد که اثر فرکانس بر نرخ برش حساس‌تر از دامنه است. استخراج معادلات نظری حساسیت فرکانس را به توان 5/1 کمی بیشتر می‌کند. با این حال، مکانیسم‌های این تفاوت هنوز به‌طور کامل بررسی نشده است.
توزیع برشی یک عامل کلیدی است که توانایی ارتعاش غشا را برای حذف رسوب‌ها در مکان‌های مختلف تعیین می‌کند. تعدادی از مطالعات برای بررسی توزیع برش برای ارتعاش طولی و عرضی انجام شده است. با این حال، برای سیستم‌های غشای ارتعاشی چرخشی، بیشتر مطالعات بر روی حداکثر نرخ برش و نرخ برش متوسط متمرکز شده‌اند، درحالیکه داده‌های توزیع برش در حال حاضر در دسترس نیستند. خواص چندین ماده پیشرفته مانند PMMA، ETFE، PPO و FEP، با معیارهای غشاهای ارتعاشی با پتانسیل هزینه کمتر مطابقت دارد. آزمایش‌های فیلتراسیون با این مواد غشایی باید برای بررسی امکان‌سنجی و کارایی آن‌ها در عمل انجام شود.
چاپ سه بعدی در تولید غشا منجر به ساختارهای ضخیم‌تر و استحکام کششی بالاتر می‌شود. مطالعات قبلی نشان داده است که مقاومت کششی غشاهای ساخته‌شده با روش چاپ سه بعدی تا 10 برابر بیشتر از غشاهای معمولی است. استحکام کششی عالی مواد غشایی به‌طور کلی عملکرد ارتعاشی آن‌ها را ارتقا می‌دهد. گزارش شده است که کشش غشا با فرکانس ارتعاش همبستگی مثبت دارد که تاثیر آن با افزایش فرکانس ارتعاش قوی‌تر می‌شود. به‌طور مشابه، بین ضخامت غشا و فرکانس ارتعاش همبستگی مثبت وجود دارد. چاپ سه بعدی می‌تواند اثرات منفی وارونگی فاز سنتی را که اغلب منجر به ساختارهای منفذ نامتقارن یا نامنظم در غشاها می‌شود، از بین ببرد. همچنین از مسائل مربوط به کشش جلوگیری می‌کند، که فقط برای غشاهای پلیمری با خاصیت کریستالینیتی بالا کار می‌کند. علاوه بر این، چاپ سه بعدی می‌تواند هزینه‌های ساخت غشا را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. به عنوان مثال، هزینه ساخت غشای Nafion با روش چاپ سه بعدی در مقایسه با روش سنتی (25/0 دلار) تنها یک دهم (022/0 دلار) است. فناوری پرینت سه بعدی دقت بالایی را در طراحی، ساخت و کنترل خواص غشا در مقایسه با سایر روش‌ها ارائه می‌دهد. کل فرآیند ساخت غشا را می‌توان در یک ماشین یا فرآیند واحد تکمیل کرد. اگرچه ترکیب فناوری پرینت سه بعدی با غشاهای ارتعاشی جالب است، اما هنوز مقالات تحقیقاتی در مورد این موضوع تا حد دانش ما وجود داشته است.
بیشتر تحقیقات در زمینه سیستم‌های غشایی ارتعاشی محدود به مقیاس آزمایشگاهی است، جایی که محلول‌های خوراک و فیلتر مصنوعی هستند. درحالیکه بررسی نمونه ها از صنعت وجود ندارد. مطالعات بیشتر در سیستم‌های آزمایشی و مقیاس کامل برای بهینه‌سازی پارامترهای طراحی و عملیاتی و در نتیجه اجرای موفقیت‌آمیز سیستم‌های فیلتراسیون غشایی ارتعاشی مورد نیاز است.
دانلود فایل: پیشرفت در سیستم‌های فیلتراسیون غشایی ارتعاشی
Reference
Zhao Y, Zhang Y, Xing B, Xu W, Yin Z. Developments in vibrating membrane filtration systems. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2025 Jan 15.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2025.01.017
مترجم: علیرضا کرفی
