دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی

مهندس مریم توکل مقدم ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، 24  فروردین ماه 1394 ، از رساله خود با عنوان « اصلاح مشخصات سطحی غشا پلیمری در بیوراکتور غشایی جهت تصفیه پساب نفتی » با راهنمایی دکتر تورج محمدی و دکتر محمود همتیدفاع نمودند .

چکیده

هدف از این پژوهش بررسی اثر اصلاح مشخصات سطحی غشاهای پلیمری بر عملکرد فیلتراسیون و کاهش گرفتگی در بیوراکتورهای غشایی است. در این راستا، پس از بررسی شرایط خوراک (پساب نفتی) پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) به عنوان پلیمر مناسب انتخاب و اثر استفاده از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO₂) در کاهش گرفتگی غشاهای نانوکامپوزیت پلیمری بررسی شد. در بخش اول پژوهش حاضر، ارزیابی روش کندوپاش واکنشی مگنترونی جریان مستقیم در پوشش دهی غشاهای میکروفیلتراسیونPVDF با نانوذرات TiO₂ و پتانسیل کاهش گرفتگی غشاهای مذکور، در بیوراکتور غشایی تعیین گردید. نتایج این بخش، علی رغم اثرات مثبت آن در کاهش گرفتگی و بهبود عملکرد غشا، حاکی از کاهش پایداری لایه پوشش داده شده  TiO₂در حین عملیات شستشو بود. در بخش دیگری از این پژوهش، پارامترهای مؤثر در روش وارونگی فازی جهت ساخت غشا اولترافیلتراسیون PVDF بررسی و اثر اضافه کردن نانوذرات TiO₂ به دو روش اختلاط در محلول پلیمر و رسوب گذاری کلوئیدی بر کاهش گرفتگی غشاها در بیوراکتور غشایی مورد بررسی قرار گرفت. در این رابطه، روش های آنالیز دستگاهی شامل SEM, EDX, XPS, AFM, TOC و اندازه گیری زاویه تماس و مقاومت مکانیکی و همچنین آزمون های فیلتراسیون، آنالیز گرفتگی و بیوراکتور غشایی جهت ارزیابی غشاها مورد استفاده قرار گرفت. در این بخش، از میان غشاهای نانوکامپوزیت تهیه شده به روش اختلاط، غشا با 15 درصد وزنی PVDF، مخلوط حلال DMAc/TEP با نسبت 40 به 60 و عامل حفره ساز پلی اتیلن گلایکول با جرم مولکولی 200 دالتون (PEG200) و 25/0 درصد وزنی  TiO₂ عملکرد فیلتراسیون بهتری را در فاز اولیه ارزیابی و آنالیز گرفتگی نشان داد و به عنوان غشا بهینه در آزمون های بیوراکتورهای غشایی انتخاب گردید. همچنین از میان غشاهای تهیه شده به روش رسوب گذاری کلوئیدی، غشا تهیه شده در حمام انعقاد حاوی 05/0 گرم بر لیتر TiO₂ و  ppm 100 دیسپرسانت پلی متاکریلات سدیم برای آزمون بیوراکتور غشایی انتخاب گردید. نتایج این بخش حاکی از بهبود خواص ضدگرفتگی غشاهای نانوکامپوزیت در بیوراکتورهای غشایی و کاهش حدود 80 درصد مقاومت گرفتگی برگشت ناپذیر به ویژه در غشاهای تهیه شده به روش اختلاط است. بخش آخر این پژوهش، با توجه به خواص فتوکاتالیستی TiO₂ تحت تابش نور فرابنفش UV)) و با هدف بررسی این خاصیت در کاهش گرفتگی ناشی از BSA به عنوان یک مدل پروتئینی و مواد پلیمری خارج سلولی EPS)) واقعی استخراج شده از بیوراکتور غشایی غوطه ور به عنوان مهمترین عامل ایجاد گرفتگی غشا در بیوراکتور غشایی انجام گرفت. بر اساس نتایج آزمایشات اولترافیلتراسیون ترکیبی با UV در سل غشایی ویژه، بهترین نرخ بازیابی فلاکس به میزان حدود 98 درصد برای غشا نانوکامپوزیت TiO₂/PVDF  است.

واژه‌های کلیدی:

غشا پلیمری، اولترافیلتراسیون، اصلاح سطحی،گرفتگی، نانوذرات TiO₂، بیوراکتور غشایی