مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):
چکیده
یکی از مسائل کلیدی در فناوری غشایی جلوگیری از رسوب ایجاد شده روی سطح غشا است. سطوح طرح‌دار به‌عنوان یکی از راه‌های کاهش رسوب پیشنهاد شده است. در این مقاله، هم مطالعات تجربی و هم شبیه‌سازی با استفاده از غشاهایی با الگوهای مستطیلی و مثلثی که از طریق روش به تازگی توسعه‌یافته s-NIPS سنتز شده‌اند، انجام شده است. ترکیب محلول ریخته‌گری 20 درصد وزنی از پلیمر PVDF، 7/6 درصد وزنی PVP و 1 درصد وزنی H2O در DMF برای ایجاد الگوهای همگن استفاده شد. غشاهای با طرح مناسب 95 تا 140 درصد PWP بالاتری را نشان دادند که به سطح مؤثر اضافی و تغییر در مورفولوژی غشا مرتبط با پاشش غیر-حلال نسبت داده می‌شود. کاهش رسوب ذرات پس از 3 ساعت فیلتراسیون مداوم و لایه کیک با تاخیر ایجاد شده در مقایسه با غشای مسطح و بدون الگوی مشابه مشاهده گردید. تجزیه و تحلیل CFD برای جهات مختلف جریان خوراک به الگو (θf) توزیع جریان محلی را در نزدیکی شیارهای طرح‌دار نشان داد. برای θf = 90، گردابه‌ها در قسمت بالایی الگوها به‌طور بالقوه می‌توانند رسوب ذرات را کاهش دهند، در حالیکه توده‌های رسوب‌دهنده می‌توانند به راحتی در گردابه‌های توسعه‌یافته در قسمت پایین الگو تشکیل شوند که منجر به تشکیل رسوب مطلوب می‌شود. از سوی دیگر، برای θf = 0، جریان باعث افزایش سرعت لغزش موثر در نزدیکی سطح غشای طرح‌دار شده و از این رو چسبندگی ذرات را کاهش می‌دهد. این موضوع نشان‌دهنده اهمیت ویژگی‌های جریان و همچنین توزیع تنش برای کاهش رسوب در سیستم غشایی طرح‌دار میباشد. فاصله بین الگوی بالاتر، یعنی Rec2000_w و Tri2000_w، منجر به رسوب نامطلوب BSA شد. این اثر ترکیبی الگودهی و s-NIPS منجر به مساحت سطح موثر بیشتر، کاهش رسوب و افزایش تخلخل غشا شد که به‌طور قابل‌توجهی نفوذپذیری غشا و پتانسیل ضدرسوبی آن را افزایش داد. این نتایج کاربرد امیدوار کننده‌ای از غشاهای PVDF طرح‌دار تهیه شده به روش اسپری NIPS برای فیلتراسیون را پیشنهاد می‌کند.
نتیجه‌گیری
غشاهای میکروفیلتراسیونPVDF طرح‌دار از طریق روش الگوبرداری یک مرحله‌ای s-NIPS که اخیراً توسعه یافته است، سنتز شدند. یک محلول ریخته‌گری حاوی 20 درصد وزنی PVDF، 7/6 درصد وزنی PVP و 1 درصد وزنی H2O برای همگام‌سازی غشاها با اشکال الگو و ابعاد مختلف همراه غشاهای بدون الگوی مرجع تهیه شده به 2 روش استفاده شد. غشاهای طرح دار 54 تا 144 درصد PWP بالاتری را نشان دادند که می‌تواند تا حدی به سطح اضافه شده الگوها نسبت داده شود. افزایش 45 درصدی بیشتر در PWP به دلیل تغییر مورفولوژی ذاتی غشا به دلیل روش پاشش غیر-حلال در مقایسه با غوطه وری غیر-حلال معمولی مشاهده شد. با این حال، این موضوع منجر به کاهش 5-30% در دفع BSA در مقایسه با غشای تخت FNS شد.
غشاهای طرح‌دار جذب BSA کمتری را پس از 3 ساعت فیلتراسیون مداوم و نفوذ نهایی قابل ملاحظه بیشتری در مقایسه با غشاهای تخت نشان دادند. علاوه بر این، منحنی‌های Rtot زمان مکانیسم رسوب بیرونی را نشان دادند. شروع رسوب شدید غشا بیشتر با فشار بحرانی مشخص گردید. اگرچه غشاهای طرح‌دار در مقایسه با غشای FNS برای هر دو جهت خوراک موازی و عمود بر الگو (سطح غشا)، مقدار TMPc یک تا دو برابری را نشان دادند، رفتار جریان متفاوت در طول شبیه‌سازی CFD مشاهده شد. جهت عمود بر روی الگوها گرداب‌های با سرعت بالاتری را ایجاد می‌کند که رسوب BSA را مختل می‌کند، در حالیکه گرداب‌های با سرعت پایین در شکافها تشکیل می‌شوند. از سوی دیگر، جهت موازی مناطق با سرعت بالاتری را در بالای سطح غشا ایجاد می‌کند که منجر به بهبود مقاومت در برابر رسوب می‌شود. بنابراین، استراتژی پیشنهادی از طریق s-NIPS فرصت‌های جدیدی را برای طراحی غشاهای طرح‌دار با سطح موثر بالاتر، تخلخل بیشتر و آشفتگی خوراک موضعی ناشی از شیارهای طرح‌دار ارائه می‌کند که به‌طور هم‌افزایی[1] عملکرد غشا را افزایش می‌دهد، چسبندگی املاح را کاهش می‌دهد و رسوب غشا را به تاخیر می‌اندازد، در نتیجه پلت فرم بالقوه برای تولید غشاهای صنعتی موثر با عملیات طولانی‌تر و بدون تمیز کردن ایجاد می‌کند. تحقیقات بیشتر هنوز باید با استفاده از سیستم‌های پلیمری مختلف در سایر کاربردهای غشایی انجام شود.
دانلود فایل: رفتار ضدرسوبی غشاهای میکروالگو PVDF تهیه‌شده به روش وارونگی فاز به کمک اسپری - تأثیر شکل‌های الگو و پیکربندی جریان
Reference
Ilyas A, Mertens M, Oyaert S, Vankelecom IF. Anti-fouling behavior of micro-patterned PVDF membranes prepared via spray-assisted phase inversion: Influence of pattern shapes and flow configuration. Separation and Purification Technology. 2021 Mar 15;259:118041.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.118041
مترجم: علیرضا کرفی
