دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

مهندس زهرا شعبانی دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی، به صورت حضوری در ساعت ۱۰:۳۰  روز سه شنبه ۲۸ تیر ماه  ۱۴۰۱، در کلاس ۱۳۰ دانشکده مهندسی شیمی، از رساله خود با عنوان «ساخت و ارزیابی غشای مرکب لایه نازک آب دوست در فرآیند اسمز مستقیم» با راهنمایی دکتر تورج محمدی و دکتر نوراله کثیری دفاع خواهد نمود.

چکیده
در این پژوهش غشای ارزان قیمت پلی¬وینیل¬کلراید (PVC) با استفاده از روش تغییر فاز ساخته شد. با کاهش درصد وزنی PVC در محلول پلیمری از ۱۷ به wt% ۱۰، با استفاده از محلول خوراک آب مقطر و محلول اسمزی M NaCl ۱، شار آب از ۱۵/۴ به L/m۲.h ۹۵/۱۵ و شار نمک از ۸۷/۰ به g/m۲.h ۵۰/۳ تغییر یافت. در نهایت زیرلایه ساخته شده با wt% ۱۰ از محلول PVC برای سایر اصلاحات انتخاب شد. جهت اصلاح سطحی زیرلایه، از محلول دوپامین (DA) به مدت ۱ و h ۳ استفاده شد. در مقایسه با غشای اصلاح نشده، غشای اصلاح شده با زمان h ۱، شار آب بالا (L/m۲.h ۹۰/۱۸) و شار نمک پایینی (g/m۲.h ۳۵/۳) از خود نشان داد. در مرحله بعد، DA با ام-فنیلن دی آمین (MPD) به عنوان محلول آبی ترکیب شده و واکنش پلیمریزاسیون در فصل مشترک با محلول تری¬میسول کلراید (TMC) بر روی زیرلایه انجام شد. تاثیر همزمان غلظت DA و زمان انباشت بر روی ساختار غشا و عملکرد فرآیند FO مورد بررسی قرار گرفت. پس از بررسی غشاهای ساخته شده، غشای با غلظت DA g/L ۱/۰ و زمان انباشت min ۱۲۰، شار آب زیاد (L/m۲.h ۴۰/۲۴) و شار نمک قابل قبولی (g/m۲.h ۸۶/۳) از خود نشان داد. در ادامه، چارچوب-های فلز-آلی UiO۶۶-NH۲ سنتز و با غلظت¬های مختلف DA اصلاح شدند. بر اساس عملکرد FO، UiO۶۶-NH۲ اصلاح شده با g/L ۲۵/۰ DA (MOFPDA(۰.۲۵)) به عنوان بهترین نانوذره انتخاب شد. سپس تاثیر درصدهای مختلف نانوذره در لایه فعال غشا بررسی شد. در مقایسه با غشای اصلاح نشده، بکارگیری wt% ۰۲/۰ نانوذره به دلیل افزایش کانال¬های آب و بهبود آب¬دوستی، باعث افزایش شار آب غشا (L/m۲.h ۷۳/۲۹) شد. در مقایسه با غشای حاوی نانوذرات UiO۶۶-NH۲ (g/L ۲۱/۰)، غشای حاوی MOFPDA(۰.۲۵) دارای انتخابگری بیشتری (g/L ۱۶/۰) است. لذا حضور همزمان پلی¬دوپامین (PDA) در نانوذره و محلول آبی در طول سنتز، باعث بهبود سازگاری نانوذره و لایه فعال و همچنین سبب افزایش شار آب بدون کاهش انتخابگری می‌شود. همه غشاهای اصلاح شده در مقایسه با غشای اصلاح نشده، عملکرد خوبی را در نمک¬زدایی از آب دریا و پس¬زنی یون¬های فلز سنگین (Cu۲+ و Pb۲+) از خود نشان دادند. در ادامه، نتایج تجربی به‌دست‌آمده با مدل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)  مقایسه شدند که بین داده¬های آزمایشگاهی و داده¬های حاصل از CFD مطابقت زیادی وجود داشت. همچنین، نتایج نشان داد که طول غشا و سرعت جریان در عملکرد غشا بسیار موثر است. زمانی که سرعت زیاد است اثر طول غشا را می¬توان نادیده گرفت اما در سرعت کم نمی¬توان از آن چشم پوشی کرد. در حالت FO سرعت جریان در کانال محلول اسمزی و در حالت PRO سرعت جریان در کانال محلول خوراک در شار آب موثرتر است.
واژه‌های کلیدی: پلی¬وینیل¬کلراید، غشای مرکب لایه نازک، اسمز مستقیم، پلی¬دوپامین، چارچوب¬های فلز-آلی