در این مطالعه، نانوتیوب های اکسید روی به وسیله روش ساده هیدروترمال در دمای ?c 70 سنتز شدند. نانوتیوب ها توسط روش های پراش اشعه پرتو (xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، آنالیز اندازه ذرات و اندازگیری مساحت کل سطح (bet) شناسایی شدند. آنالیزهای ساختاری نشان می دهد که نانوتیوب های اکسید روی به صورت لوله ای شش وجهی توخالی رشد کرده اند و قطر متوسط، طول و ضخامت دیواره تقریبی آنها به ترتیب 350-250 نانومتر، 4-5/1 میکرومتر و 80-60 نانومتر است. همچنین فاز بلورین آنها بلور ورتزیت خالص است. فعالیت فتوکاتالیزوری نانوتیوب های اکسید روی به وسیله تجزیه محلول رنگزای اسید آبی 9 به عنوان یک ماده آلاینده در حالت سوسپانسیون مورد سنجش قرار گرفت. نتایج نشان داد که میزان حذف ماده رنگزای اسید آبی 9 توسط نانوتیوب های اکسید روی کمتر از نانوذرات اکسید روی (آلدریچ) است. اما بر خلاف نانوذرات، نانوتیوب های اکسید روی به دلیل ساختار خاص خود به عنوان فتوکاتالیزور قابل بازیافت شناخته شدند. به طوریکه بعد از پنج دور آزمایش، فعالیت فتوکاتالیزوری نانوتیوب ها و نانوذرات به ترتیب حدود 3% و 52% کاهش یافت. همچنین بیشترین کارایی فتوکاتالیزوری نانوتیوب های اکسید روی در دمای کلسیناسیون ?c 300 و غلظت بارگذاری ppm 200 بود.

نانوکامپوزیتهای کربن بلک/دیاکسید منگنز، گرافیت/دیاکسید منگنز، کربن بلک/گرافیت/دیاکسید منگنز، کربن ولکان/دیاکسید منگنز و نانولولهکربنی/دی اکسید منگنز به روش سونوشیمی و در محلول آبی سولفات منگنز و برومات پتاسیم سنتز شد. ویژگیهای الکتروشیمیایی نانوکامپوزیتها با نسبتهای وزنی متفاوت توسط ولتامتری چرخهای، کرونوپتانسیومتری و طیف امپدانس الکتروشیمیایی بررسی شد. خواص فیزیکی، ساختار، ریخت شناسی و مساحت سطحی نانوکامپوزیتها به وسیله تکنیکهای پراش اشعه ایکس، آنالیز حرارتی، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) و ایزوترم جذب نیتروژن (bet) بررسی شد. دادههای الکتروشیمیایی نانوکامپوزیتها در محلول na2so4، 5/0 مولار با ph 3.3 رفتار خازنی را نشان می دهد. نانوکامپوزیتها دارای رفتار شبه خازنی، برگشتپذیری و عملکرد الکتروشیمیایی بسیار خوبی در بازه پتانسیل 0/0 تا 0/1 ولت نسبت به الکترود ag/agcl بودند. بهترین نسبت وزنی نانوکامپوزیت ها براساس خواص ابرخازنی انتخاب شدند. بهترین نسبت وزنی دی اکسید منگنز و مواد کربنی در کامپوزیت برابر، 65/35 برای کامپوزیت دیاکسید منگنز/کربن بلک ، 60/40 برای کامپوزیت دیاکسید منگنز/گرافیت، 56/22/22 برای کامپوزیت دیاکسید منگنز/کربن بلک/گرافیت، 75/25 برای کامپوزیت دیاکسید منگنز/کربن ولکان و 65/ 35 برای کامپوزیت دیاکسید منگنز/نانولولههایکربنی است. ظرفیت ویژه این کامپوزیتها برابر، fg-1 313 برای کامپوزیت دیاکسید منگنز/کربن بلک، fg-1 318 برای کامپوزیت دیاکسید منگنز/گرافیت ، fg-1 328 برای کامپوزیت دیاکسید منگنز/کربن بلک/گرافیت، fg-1 309 برای کامپوزیت دیاکسید منگنز/کربن ولکان و fg-1 359 برای کامپوزیت دیاکسید منگنز/نانولولهکربنی در سرعت روبش mvs-1 5 و در محلول na2so4، 5/0 مولار است. طیف امپدانس الکتروشیمیایی کامپوزیتهای ذکر شده مقاومت انتقال بار کمتر و ظرفیت بیشتری را نسبت به دیاکسید منگنز و سایر کامپوزیتها با ترکیب وزنی مختلف را نشان میدهد. همچنین این کامپوزیتها چگالی انرژی و چگالی توان بیشتری نسبت به دیاکسید منگنز و سایر کامپوزیتها با ترکیب وزنی مختلف را نشان میدهد. الکترودهای شامل این کامپوزیتها طول عمر و پایداری بالایی را در طی 1000 چرخه نشان دادند. تصاویر sem نشان میدهد دیاکسید منگنز سنتز شده دارای قطر 50 تا 80 نانومتر است درحالیکه قطر ذرات دیاکسید منگنز در کامپوزیتهای کربنی کمتر است و بین 20 تا 60 نانومتر است. مساحت سطحی محاسبه شده از منحنی bet برای نانوکامپوزیت های دیاکسید منگنز/کربن بلک، دیاکسید منگنز/گرافیت، دیاکسید منگنز/کربن ولکان و دیاکسید منگنز/نانولولهکربنی به ترتیب m2gr-1 117، m2gr-1 98، m2gr-1 105 و m2gr-1 154 است. همچنین قطر حفرات نمونه ها در محدوده 13-19 نانومتر است.

فرآیند تراوش تبخیری یکی از فرآیند های مهم در فن آوری جداسازی به کمک غشا می باشد که در طول 15 سال گذشته توسعه قابل قبولی درصنایع شیمیایی به عنوان یک ابزار موثر به منظور جداسازی و بازیافت مخلوط مایعات داشته است عملکرد این سیستم ها به میزان زیادی متاثر از عملکرد غشا می باشد. غشاهای مورد استفاده برای جداسازی مواد آلی فرار از محلول های رقیق آبی، عمدتاً می توانند از غشاهای ترکیبی با لایه فوقانی آبگریز از جنس پلی دی متیل سیلوکسان (pdms) انتخاب شوند. این ماده دارای استحکام مکانیکی زیاد، پایداری حرارتی و خاصیت شکل پذیری مناسب می باشد. منتها چالش اصلی در استفاده از این ماده انتخابگری آن برای عبور مواد آلی نسبت به آب و همچنین شار عبوری از غشاء می باشد. در تحقیق حاضر، غشاهای کامپوزیت پلی دی متیل سیلوکسان بر پایه غشاهای میکرو متخلخل پلی اتر سولفون به منظور استفاده در سیستم تراوش تبخیری با هدف حذف مواد آلی فرار از پساب های صنعتی تهیه گردید. به منظور بهبود عملکرد غشا و افزایش انتخاب گری این غشا، از تکنیک پر کردن غشا با پر کننده های آب گریز و آلی دوست استفاده گردید. پر کننده های مورد استفاده عبارتند از: سیلیکای پودری با اندازه 10 و 80 نانومتر، پودر آب گریز سیلیکاتی، زئولیت سیلیکالیت-1، ترشیو بوتیل کالیکس-[4] آرن ، ترشیو بوتیل کالیکس [5] آرن، ترشیو بوتیل کالیکس [4] آرن با استخلاف بوتوکسی. برای بدست آوردن مقدار بهینه پرکننده، عملکرد سامانه تراوش تبخیری برای غشا های با 5/2، 5، 5/7 و 10 درصد پرکننده مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین مقدار فاکتور غنی سازی در افزودن هریک از این پرکننده ها مذکور عبارتند از: 3748 با استفاده از غشای 5 درصد سیلیکای 10 نانومتری، 2608 در غشای 10 درصد سیلیکای 80 نانومتری، 4744 با استفاده از غشای 10 درصد سیلیکای آب گریز، 3250 در غشای 10 درصد سیلیکالیت-1 و 4558 با استفاده از غشای 5 درصد کالیکس[4]آرن. بیشترین میزان فاکتور غنی سازی با افزودن 5/7% ترشیو بوتیل کالیکس [4] آرن با استخلاف بوتوکسی سنتز شده بدست آمد. با افزودن این ذرات به ماتریس پلیمری، فاکتور غنی سازی از 1123 به 5592 افزایش و شار کلی نرمالایز شده از 8906 به 5024 کاهش یافت. در نهایت تاثیر پارامتر های عملیاتی دما و غلظت خوراک بر عملکرد سامانه تراوش تبخیری با استفاده از غشای بهینه مورد مطالعه قرار گرفت که نشان داد با افزایش دما و غلظت، شار آب و شار تولوئن افزایش یافته، در حالیکه با توجه به خاصیت آب گریزی این ذرات، فاکتور غنی سازی کمی افزایش می یابد. تغییرات خطی شار تولوئن، آب و شار کلی با معکوس دما، بیان گر اثر آرنیوس دما بر شار می باشد. انرژی اکتیواسیون کلی تراوش تبخیری از شیب خط ها محاسبه شده و این انرژی برای تولوئن و آب، به ترتیب 9/0 و18/40 کیلوژول بر مول می باشند. کلمات کلیدی: تراوش تبخیری، تولوئن، غشای کامپوزیت پلی دی متیل سیلوکسان، غشای پایه پلی اتر سولفون، پر-کننده، کالیکس آرن، سیلیکالیت-1، نانو ذرات سیلیکا، سیلیکای آب گریز.

در این پروژه نانو لوله های اکسید روی با استفاده از یک روش ساده و تکرارپذیر بدون استفاده از کاتالیست و اتوکلاو در دمای پایین سنتز شده است. اثر پارامتر های مختلف سنتز از جمله دما، وزن مولکولی پلی اتیلن گلیکول به عنوان قالب نرم و زمان سنتز بر سنتز و خاصیت فتوکاتالیستی نانو لوله های اکسید روی مورد بررسی قرار گرفته است. برای مشخصه یابی نانو لوله ها از تکنیک های پراش اشعه x (xrd)، آنالیز حرارتی وزن سنجی (tga)،اسکن دیفرانسیلی گرما سنجی (dsc)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem)، ایزوترم جذب نیتروژن (bet)، آنالیز اندازه ذرات (lps) و اسپکتروسکوپی فتولومینسانس استفاده شد. خاصیت فتوکاتالیستی نانو لوله های سنتز شده با استفاده از حذف فتوکاتالیستی رنگ اسید آبی 9 در حضور تابش نور uv با طول موج 254 نانومتر اندازه گیری شد. نتایج به دست آمده نشان دادند شرایط بهینه برای سنتز نانو لوله های اکسید روی دمای c°78 و با 2000peg و در 16 ساعت است. این روش سنتز دارای تکرار پذیری بالایی است و نسبت به تغییرات جزیی شرایط سنتز مقاوم است. قطر و طول میانگین نانو لوله های سنتز شده به ترتیب 340 نانومتر و 3 میکرومتر است. نانو لوله های سنتز شده به روش بهینه افزایش چشمگیر تا بیش از دو برابر در خاصیت فتوکاتالیستی و سطح ویژه نشان داده اند. با توجه به این که یکی از مهم ترین ویژگی های یک کاتالیست خوب پایداری فعالیت آن در استفاده های مکرر است پایداری خاصیت فتوکاتالیستی نانو لوله های سنتز شده در مقایسه با نانو ذرات اکسید روی بررسی شد که در نهایت در 360 دقیقه فعالیت فتوکاتالیستی نانو ذرات 60 درصد و فعالیت نانو لوله ها 4 درصد کاهش پیدا کرد. در بخش دوم این پژوهش سنتز نانو لوله های اکسید روی آلاییده شده با نقره به دو روش حین سنتز و روش تلقیح مورد بررسی قرار گرفت.مشخصه یابی نانو لوله های اکسید روی آلاییده شده با نقره همانند نانو لوله های خالص بررسی شد. روش آلاییدن حین سنتز به علت تشکیل کمپلکس نقره با آمونیاک در حین سنتز موفقیت آمیز نبود. آلاییدن نانو لوله های اکسید روی با نقره به روش تلقیح باعث افزایش خاصیت فتوکاتالیستی نانو لوله ها شد به طوری که ثابت سرعت واکنش حذف فتوکاتالیستی رنگ اسید آبی 9 تا بیش از دو برابر افزایش پیدا کرد.

تراوش تبخیری یکی از مهم ترین و مشکل ترین فرآیندهای جداسازی غشایی است که در آن غلظت کم ماده مورد نظر همراه با انجام یک تغییر فاز از محلول خوراک جدا می گردد. استفاده از غشاهای نانوفیلتراسیون به دلیل خصوصیات ویژه در جداسازی محلولهای آب/ اتانول شامل شار بالا ، نفوپذیری و استحکام مناسب غشاء در مقابل خلاء موجود درسیستم گزینه مناسبی جهت سیستم تراوش تبخیری می باشد. هدف از این پروژه طراحی و ساخت غشاهای کامپوزیت بر پایه ی پلی اترسولفون/ پلی دی متیل سیلوکسان برای جداسازی اتانول از آب به روش تراوش تبخیری است که بدین منظور ابتدا چند ساختار مختلف از pes و افزودنی های مختلف (peg,pvp,nacl,sio2) ساخته شد و پس از آزمایش اولترافیلتراسیون برای تعیین فلاکس آب خالص و آزمایش هایی از قبیل تعیین تخلخل، آب دوستی و تعیین ساختار غشا با استفاده از تصاویر sem و afm ، بهترین نتایج به غشای pes.pvp تعلق گرفت و این غشا به عنوان زیر لایه اصلی انتخاب گردید. سپس ساخت غشای pdms به عنوان لایه فعال غشای کامپوزیت، بهینه شده و ساختارهای مختلفی از 2 نوع pdms با ویسکوزیته متفاوت و pdms با درصدهای مختلفی از فیلر sio2 آب گریز ساخته شدند. در این مرحله نیز با استفاده از تصاویر sem و afm بررسی ساختار سطح غشا انجام شده و میزان زبری سطح نیز محاسبه شد. همچنین متوسط ابعاد حفره ها و توزیع ابعاد حفره ها توسط نتایج حاصل از afm و با استفاده از نرم افزارهای ریاضی تعیین و نمودار آنها ترسیم شد. نتایج حاصل حاکی از توفیق پروژه در ساخت غشاهایی با ابعاد نانو (غشای نانوفیلتراسیون) می باشد. نهایتاً کارایی غشاهای کامپوزیت طراحی شده، توسط فرآیند تراوش تبخیری به منظور جداسازی اتانول از آب مورد ارزیابی قرار گرفت. در بررسی اثر پارامتر عملیاتی غلظت خوراک، افزایش شار کلی تراوش، شار اتانول و شار آب و کاهش فاکتور جداسازی در برابر افزایش غلظت اتانول در خوراک مشاهده شد. همچنین نتایج آزمایش ها نشان داد که افزایش پارامتر عملیاتی دما باعث بهبود عملکرد غشا می شود به نحوی که افزایش دمای خوراک موجب افزایش همزمان انتخاب پذیری و شار تراوش می گردد. علاوه براین مشاهده شد که شار تراوش طبق رابطه آرنیوس با دما ارتباط دارد و از این رابطه، انرژی اکتیواسیون تراوش تبخیری برای اتانول kj/mol 66/37 و برای آب kj/mol 81/32 بدست آمد. که در مقایسه با کارهای مشابه نشان می دهد که فرآیند انرژی کمتری را صرف نموده است. در ارزیابی کارایی غشاهای کامپوزیت با پایه های مختلف در سیستم تراوش تبخیری، به علت ثابت بودن سطح، فاکتور جداسازی غشاها تفاوت چشمگیری با یکدیگر نداشتند اما غشای pdms/pes.peg بالاترین میزان شار تراوش را از خود عبور داد. در بین غشاهای کامپوزیت حاوی فیلر آب گریز sio2 که در سیستم تراوش تبخیری مورد سنجش قرار گرفت، غشای حاوی 5 درصد فیلر توانست بالاترین فاکتور جداسازی را از خود نشان دهد. بررسی تأثیر ویسکوزیته pdms نشان داد که هرچه ویسکوزیته کمتر باشد، غشای کامپوزیت حاصل کارایی بالاتری در تراوش تبخیری نشان خواهد داد.

فرآیند غشاء مایع یکی از روش های مناسب برای جداسازی ناخالصی هایی نظیر نیترات ، فنول ها، مواد زیستی، به ویژه کاتیون های فلزی است. استفاده از غشاء مایع در سال های اخیر به علت مصرف کم انرژی، راندمان بالا، قابلیت بازیافت فازها، سامانه ساده و انتخاب پذیری بالاتر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این میان، غشاء مایع هیبریدی دارای مزایایی از جمله راندمان مناسب، ظرفیت حذف بیشتر، عدم نیاز به جداسازی ثانویه و آلایندگی فرآیند می باشد. در مطالعه حاضر، حذف کادمیم از پساب های صنعتی به روش غشاء مایع هیبریدی مورد بررسی قرارگرفته است. در این مطالعه از دو سیستم فرآیندی مختلف با حامل های اسیدی d2ehpa و قلیایی tioa استفاده گردیده و با کمک غشاهای سنتز شده مورد آزمایش قرار گرفت. ابتدا غشاء پلیمری پلی اترسولفون با تخلخل و اندازه حفرات مختلف ساخته شده و با انجام فرآیندهای غشاء مایع، مقادیر بهینه این پارامترها برای هر یک از سیستم ها به دست آمد. سپس با ساخت و استفاده از غشاهای تبادل یون متخلخل به عنوان غشاء پشتیبان، کارایی فرآیند مذکور بررسی شده است. مشخصات غشاهای پلیمری و تبادل یون ساخته شده و میزان تأثیر عوامل مختلف بر کارایی غشاء مایع هیبریدی به صورت کامل مورد ارزیابی قرار گرفت.

هدف از انجام این تحقیق، بررسی توانایی مایعات یونی در فرایند سولفورزدایی می باشد. در این تحقیق جداسازی تیوفن از هیدروکربن های آلیفاتیک (هگزان، هپتان، اکتان و هگزادکان) و میزان تاثیر کاتیون و آنیون مایع یونی بر جداسازی با استفاده از مایعات یونی 1-اکتیل 3-متیل ایمیدازولیوم نیترات [omim][no3] و 1-بوتیل 3-متیل ایمیدازولیوم نیترات [bmim][no3] و 1-اکتیل 3-متیل ایمیدازولیوم تیوسیانات [omim][scn] مورد بررسی قرار گرفت. داده های تعادلی مایع- مایع سیستم های سه جزئی (تیوفن+ هگزان+ مایع یونی)، (تیوفن+ هپتان+ مایع یونی)، (تیوفن+ اکتان+ مایع یونی) و (تیوفن+ هگزادکان+ مایع یونی) در دمای k 15/298 و فشار اتمسفریک به دست آمدند. ضریب انتخاب پذیری و ضریب توزیع پذیری سیستم ها برای تعیین قابلیت حلال یونی در جداسازی تیوفن از آلیفاتیک ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با افزایش طول زنجیره آلیفاتیک، ضریب انتخاب پذیری افزایش و ضریب تویع پذیری کاهش پیدا می کند. از میان سه مایع یونی آزمایش شده، مایع یونی [bmim][no3] بهترین کارایی را از خود نشان داد. در نهایت نتایج آزمایشگاهی برای سیستم های سه جزئی همپوشانی خوبی را با مدل های ترمودینامیکی nrtl و uniquac از خود نشان دادند. همچنین پارامترهای برهم کنش دوتایی برای این مدل های ترمودینامیکی تعیین گردیدند. داده های تعادلی گزارش شده در این کار، در گزارش های قبلی توسط سایر محققین ارائه نشده است.

در این تحقیق، گوگردزدایی زیستی از مدل نفتی نرمال هگزادکان و دی بنزوتیوفن مورد بررسی قرارگرفت و اثر الکتروکینتیک بر فرایند گوگردزدایی زیستی به عنوان یک روش تلفیقی موثر مطرح گردید. از گونه های میکروبی باسیلوس سابتیلیس و رودوکوکوس اریتروپولیس به عنوان میکروارگانیسم فعال استفاده شد. همچنین اثر ترکیبات فعال سطحی (تویین 40 و اسپن 80) بر روی گوگردزدایی زیستی بررسی شد و در ادامه استفاده از مخلوط دو سویه برای انجام گوگردزدایی زیستی مطرح گردید. هر سه ایده مطرح شده بطور جداگانه بررسی شدند و در ادامه ایده تلفیق الکتروکینتیک-گوگردزدایی زیستی- ترکیب فعال سطحی مطرح شد و این ایده نیز بررسی شد. مقایسه نتایج تلفیق دو روش گوگردزدایی زیستی و الکتروکینتیک با نتایج روش گوگردزدایی زیستی به تنهایی ثابت می کند که تلفیق دو روش، زمان حذف dbt را به ازای میزان حذف معین بطور چشمگیری کاهش داده است. افزودن ترکیبات فعال سطحی و استفاده از مخلوط دو سویه نیز هرکدام به تنهایی سبب افزایش میزان حذف dbt شدند. اما در میان تمام حالات بررسی شده بالاترین میزان حذف dbt برای سیستم تلفیق گوگردزدایی زیستی– الکتروکینتیک- ترکیب فعال سطحی بدست آمد. این سیستم به ازای 24 ساعت گوگردزدایی توسط سویه رودوکوکوس اریتروپولیس 75 درصد dbt را حذف می کند درحالیکه طی گوگردزدایی زیستی با این سویه و در زمان مشابه 34 درصد dbt حذف شده است؛ بنابراین طی یک روز گوگردزدایی میزان حذف dbt با این سیستم بیش از دو برابر میزان حذف درگوگردزدایی زیستی به تنهایی بدست آمد که نشان دهنده موثر بودن سیستم تلفیقی پیشنهادی برای گوگردزدایی زیستی می باشد. از طرفی طی 6 روز گوگردزدایی زیستی با سویه رودوکوکوس اریتروپولیس 62 درصد dbt حذف شده است در حالیکه در سیستم تلفیق گوگردزدایی زیستی – الکتروکینتیک- ترکیب فعال سطحی طی یک روز 75 درصد dbt حذف شده است که نشان دهنده کاهش زمان حذف از 6 روز به یک روز است.

بدست آوردن مقادیر دقیق برای تعادل بخار-مایع در طراحی تجهیزات جداسازی و برخی کاربردهای صنعتی در مهندسی شیمی بسیار حائز اهمیت است. در سال های اخیر مایعات یونی به خاطر خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربفردی که دارند مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته اند. کاربرد مایعات یونی در فرآیندهای جداسازی می تواند باعث کاهش خطرات زیست محیطی در مقایسه با دیگر حلال ها، کاهش هزینه ها و افزایش بازدهی فرآیندها شود. در این تحقیق، تعادل بخار مایع هم فشار سیستم های دوتایی استون + متانول، استون + مایع یونی، متانول + مایع یونی و سیستم سه تایی استون + متانول + مایع یونی بررسی شده است. مایعات یونی مورد استفاده 1-اکتیل-3-متیل ایمیدازولیوم تیوسیانات، 1-اکتیل-3-متیل ایمیدازولیوم نیترات و 1-بوتیل-3-متیل ایمیدازولیوم نیترات می باشند. محاسبه تعداد مراحل حداقل و واقعی مورد نیاز برای جداسازی استون و متانول بعد از استفاده از مایع یونی بعنوان افزودنی صورت گرفت. برای مدلسازی ترمودینامیکی داده های تعادلی از مدل enrtlاستفاده شد که نتایج آزمایشگاهی بخوبی با مقادیر محاسبه شده از مدل مطابقت داشتند. همچنین مشخص گردید استفاده از مقادیر کم مایعات یونی بخوبی می تواند نقطه آزئوتروپ در سیستم مورد مطالعه را حذف نماید. مقایسه مطالعات صورت گرفته در این پروژه با نتایج مراجع نشان داد که در اکثر موارد مایعات یونی مورد استفاده بهتر از مایعات یونی مراجع باعث افزایش فاکتور جداسازی می شوند.

در این پروژه طراحی و ساخت یک دستگاه سامانه ی تقطیر غشایی تماس مستقیم، انجام گردید. سامانه مذکور، با استفاده از یک غشای پلی اترسولفون (pes ) که با روشی جدید عملیات اصلاح برای آب گریز کردن سطح بر روی آن انجام شد، مورد مطالعه قرارگرفت و نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از غشای صنعتی ptfe مورد مقایسه قرار گرفت. فرآیند اصلاح سطح انجام شده در این طرح، با بکارگیری محلول های تترا اتیل ارتوسیلیکات و تری متیل کلروسیلان در محیط بازی صورت پذیرفت. تری متیل کلروسیلان به عنوان عامل پیوند با غشاء جایگزین ترکیبات گران قیمت فلئورو آلکیل سیلان برای اصلاح سطح غشای pes گردید. مشخصات غشای ساخته شده با روش های (atr-ir ), (sem ), (afm ), (oca )مورد بررسی قرار گرفت. زاویه تماس غشای اصلاح شده در بهترین شرایط برابر حدود 150 درجه تعیین گردید. شرایط مختلف ساخت غشاء و تأثیر پارامترهای عملیاتی بر سیستم مانند زمان عملیات اصلاح سطح، اختلاف دما و غلظت نمک در سامانه تقطیر غشایی بطور کامل مورد بررسی قرارگرفت. شار عبوری از غشای اصلاح شده در حدود شار غشای صنعتی و فاکتور جداسازی آن در حدود 98 % تعیین شد. و در نهایت، داده های آزمایشگاهی با نتایج حاصل از مدل سازی انتقال جرم فرآیند مورد مقایسه قرار گرفت.

فرآیند تراوش تبخیری یکی از فرآیندهای مهم در فن آوری جداسازی به کمک غشا می باشد که در طول 15 سال گذشته توسعه قابل قبولی در صنایع شیمیایی به عنوان یک ابزار موثر به منظور جداسازی و بازیافت مخلوط مایعات داشته است. عملکرد این سیستم ها به میزان زیادی متأثر از خواص عملکردی غشا می باشد. غشاهای مورد استفاده برای جداسازی مواد آلی فرار از محلول های رقیق آبی، عمدتاٌ از غشاهای ترکیبی با لایه فوقانی آبگریز از جنس پلی دی متیل سیلوکسان (pdms) انتخاب می شوند. این ماده دارای استحکام مکانیکی زیاد، پایداری حرارتی و خاصیت شکل پذیری مناسب می-باشد. چالش اصلی در استفاده از این ماده، انتخابگری آن برای عبور مواد آلی نسبت به آب و همچنین شار عبوری از غشا می باشد. یکی از این راه های بهبود خواص عملکردی غشاء، افزودن ماده ای با خواص سازگار نسبت به مولکول هدف می-باشد. پرکننده ها از جمله موادی می باشند که در این دسته قرار می گیرند. اما موضوع مهم در استفاده از این مواد توزیع مناسب آن ها در ساختمان ماتریس پایه غشا می باشد. عدم توزیع صحیح پرکننده ها نه تنها بهبودی در خواص جداسازی غشاها به وجود نمی آورد بلکه با ایجاد حفرات غیرانتخابگر باعث از بین رفتن ساختار متراکم غشا نیز می شوند. در این پروژه، غشاهای کامپوزیت پلی دی متیل سیلوکسان بر پایه غشاهای میکرومتخلخل پلی اتر سولفون به منظور استفاده در سیستم تراوش تبخیری با هدف حذف مواد آلی فرار از پساب های صنعتی تهیه گردید. به منظور بهبود عملکرد غشا و افزایش انتخاب گری آن ها، از تکنیک پرکردن غشا با استفاده از نانوذرات سیلیکا بهره برده شد. جهت ایجاد توزیعی همگن از نانوذرات فوق در ساختمان ماتریس پلیمری غشای متراکم، از دو روش نوین جهت توزیع نانوذرات سیلیکا استفاده گردید. در روش اول، از یک عامل واسطه با فعالیت سطحی زیاد جهت توزیع مناسب ذرات پرکننده در غشا استفاده گردید. در روش دوم اضافه کردن عامل پرکننده به غشاء از طریق تشکیل امولسیون آبی-آلی در نسبت های مختلف، و درصدهای وزنی متفاوت سورفکتانت مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین میزان فاکتور غنی سازی در هریک از این دو روش جهت افزودن پرکننده به غشای مذکور عبارتند از: 7778 با استفاده از 2% وزنی حلال از عامل واسطه و 4995 در نسبت فاز آبی به آلی 5/0 : 5/0 در حضور 2% وزنی حلال آلی سورفکتانت، که این مقادیر به ترتیب به میزان 57 و 35 درصد بیش از مقادیر فاکتور غنی سازی حاصل از غشای ترکیبی ساخته شده به روش معمول اضافه کردن مستقیم ذرات پر کننده می باشد. در دو نمونه فوق شار نرمال عبوری از غشا به ترتیب مقادیر 925 و 3630 گرم میکرومتر بر متر مربع بر ساعت محاسبه شده-اند. مقدار ذکر شده برای روش امولسیون به میزان 70 درصد بیش از مقدار مشابه حاصل از غشای ترکیبی ساخته شده به روش معمول اضافه کردن مستقیم ذرات پر کننده می باشد؛ اما میزان تغییر این پارامتر برای غشای ساخته شده به روش عامل واسطه ناچیز می باشد.

با توجه به میزان گسترده استفاده از سوخت های فسیلی ، سالانه مقادیر زیادی دی اکسیدکربن در صنایع مختلف تولید می شوند. در میان فرآیند های مهم برای حذف دی اکسید کربن و گازهای اسیدی، جذب گاز توسط محلول های قلیایی مناسب رایج ترین روش برای شیرین سازی گاز است. عملکرد جذب را می توان با استفاده از برخی از جاذب های جامد در فاز مایع افزایش داد. این می تواند سرعت و ظرفیت گاز جذب شده در فاز مایع را بهبود ببخشد. این رفتار گاهی اوقات "مکانیسم شاتل" نامیده می شود. در تحقیق حاضر جذب co2 توسط مخلوط محلول های آمینی مختلف در حضور کربن فعال که یک جاذب فیزیکی جامد می باشد در راکتور نوبتی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین جذب co2 در آب مقطر و محلول های آمینی مورد مطالعه قرارگرفته است. تأثیر متغیرهای گوناگون شامل دما، فشار، غلظت واکنش گر، غلظت کربن فعال در میزان ظرفیت جذب و سرعت جذب نیز مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج نشان داد با اضافه کردن کربن فعال به محلول آمینی ظرفیت و سرعت جذب افزایش پیدا می کند. همچنین، با افزایش فشار و غلظت واکنش دهنده و کاهش دما ظرفیت جذب در محلول ها افزایش می یابد. همچنین با افزایش فشار، غلظت واکنش گر و غلظت کربن فعال سرعت جذب افزایش می یابد.

در سال¬های اخیر پیشرفت¬های چشمگیری در زمینه غشاهای تبادل یون حاصل آمده است. استفاده از این غشاها در فرآیندهای نمک¬زدایی از آب دریا، تصفیه فاضلاب و تغلیظ بسیار موفقیت¬آمیز بوده است. اصلاح خواص غشاهای تبادل یون تأثیر به سزایی در بهبود عملکرد آنها در فرآیندهایی مانند الکترودیالیز ایفا می¬کند. با توجه به گوناگونی و خواص متفاوت نانوذرات، گزینههای متنوعی برای استفاده در ساختار غشا موجود است. استفاده از ذرات معدنی در ابعاد نانو در ساختار غشا، منجر به افزایش گزینش¬پذیری انتخابی و بهبود کنترل خواص سطحی غشا میگردد. بدین جهت برای داشتن غشاهای مناسب، می¬توان از روش های بهینه برای سنتز پلیمرهایی با ظرفیت تبادل یون بالا و خواص الکتروشیمیایی مناسب بهره برد. علاوه بر آن، استفاده از نانو ذرات عامل¬دار شده سازگار با ساختار ماتریس غشا، باعث بهبود خواص الکتروشیمیایی، حرارتی، مکانیکی، و شیمیایی می¬گردد. در پژوهش حاضر، ابتدا سنتز ماتریس غشاهای کاتیونی و آنیونی بر پایه پلی اترسولفون به روش بهینه حاصل از پژوهش سنتز گردید. سپس نانوذرات سیلیکا به وسیله سه گروه عاملی آنیونی و کاتیونی اصلاح گردیدند. همچنین نانوذرات آهن در ابتدا بوسیله سیلیکا پوششدار شده وهمانند نانوذرات سیلیکا با سه گروه عاملی آنیونی و کاتیونی عاملدار شدند. اصلاح سطح نانوذرات معدنی با هدف یکپارچه سازی و ایجاد سطحی بهبود یافته بین نانوذرات معدنی و ماتریس پلیمری و ارتقا خواص انتقال و دیگر مشخصه های غشای تبادل یون انجام میشود. در ادامه درصدهای مختلفی از نانوذرات عامل دار شده به ماتریس غشا تبادل یون افزوده گردیدند. نهایتا تأثیرات این افزودنی بر مقاومت حرارتی، مورفولوژی، ظرفیت تبادل یون، مقدار جذب آب، عدد انتقال، گزینشپذیری انتخابی و رسانایی غشاهای تبادل یون سنتزشده مورد ارزیابی قرار گرفت .

آلودگی آب توسط ترکیبات آلی فرار (vocs) به عنوان یکی از عمده‏ترین مشکلات منابع آبی در بیشتر کشورها شناخته می‏شود. فرایندهای غشائی ازجمله تقطیر غشائی روش‏های مناسبی برای حذف این ترکیبات از آب/ پساب هستند. تقطیر غشائی به فرایند انتقال بخار از میان غشاءهای آب گریز میکرومتخلخل دما-محور اطلاق می‏شود که در آن اختلاف فشار بخار میان دو سمت حفرات غشاء نقش نیروی محرکه را ایفاء می‏نماید. انتقال جرم و حرارت در این فرایند ‏به صورت همزمان اتفاق می‏افتد و پیکربندی‏های متفاوت تقطیر غشائی نظیر 1) تقطیر غشائی تماس مستقیم (dcmd)، 2) تقطیر غشائی گاز روبنده (sgmd) ، 3) تقطیر غشائی تحت خلأ (vmd) و 4) تقطیر غشائی شکاف هوا (agmd)، امکان استفاده از این فرایند را برای کاربردهای گوناگون ازجمله شیرین‏سازی آب، تصفیه پساب، صنایع غذایی، داروسازی و غیره فراهم می‏آورد. در این پروژه تأثیر پارامترهای عملیاتی مؤثر بر جداسازی محلول رقیق دوجزئی آب- بنزن توسط سامانه تقطیر غشائی شکاف هوا (agmd) با استفاده از غشاء تجاری میکرومتخلخل آب گریز ptfe مورد بررسی قرارگرفته است. همچنین غشاءهای پلی‏اترسولفون (pes) به روش وارونگی فاز آماده و به منظور افزایش خاصیت آب گریزی، با به کارگیری روش سُل- ژل، عمل اصلاح سطح بر روی آن ها انجام گرفته و مشخصات این غشاءها توسط آنالیز afm، تصاویر sem، طیف‏سنجی ftir-atr و تعیین زاویه تماس مورد بررسی قرارگرفته و درنهایت عملکرد این غشاء اصلاح شده در سامانه فوق بررسی شده است. در بررسی تأثیر پارامترهای عملیاتی بر شار تراوش و درصد حذف بنزن با استفاده از غشاء تجاری ptfe ، مشاهده شد که افزایش دمای محلول خوراک سبب افزایش شار تراوش کل و درصد حذف بنزن گردید. تغییرات غلظت محلول خوراک تأثیر چندانی بر شار تراوش نداشت. در مورد درصد حذف نیز تغییرات غلظت خوراک در غلظت‏های بالا ppm500 چندان تأثیرگذار نیست. افزایش سرعت چرخش محلول خوراک با کم کردن ضخامت لایه مرزی منجر به افزایش شار تراوش و نیز افزایش در درصد جداسازی گردید. افزایش ضخامت شکاف هوا موجب افزایش مقاومت انتقال حرارت و درنهایت افت شار تراوش شد. در مقابل به دلیل سهم بیش‏تر شار آب از این افت شار، درصد حذف بنزن افزایش یافت. بااین حال، افزایش ضخامت شکاف هوا به بیش از mm5 باعث افت عملکرد کلی سامانه و کاهش درصد حذف بنزن گردید .افزایش دمای مایع سردساز موجب کاهش نسبتاً ناچیزی در شار تراوش و نیز درصد جداسازی بنزن گردید. در اصلاح سطح غشاء pes با نسبت‏های متفاوت teos و tmscl مشاهده شد با افزایش نسبت tmscl سطح غشاء آب‏گریزتر شد و عملکرد آن در سامانه تقطیر غشائی شکاف هوا برای حذف بنزن از محلول آبی آن بهبود یافت.

با توجه به وجود کاتیون های کادمیم و کبالت (ii) در پساب بسیاری از صنایع و لزوم حذف این فلزات از پساب، در تحقیق حاضر جداسازی آنها از محلول آبی به روش غشاء مایع امولسیونی که به دنبال آن امکان بازیافت نیز فراهم می گردد، مورد مطالعه قرار گرفته است. پایداری امولسیون توسط ماده امولسیون ساز پلی آمینی جدید سنتز شده در آزمایشگاه تأمین گردید. برای انتقال کاتیون ها به شکل کمپلکس آنیونی از آنیون کیلیت ساز مناسب جهت ایجاد کمپلکس در فاز خوراک و حامل تری ایزواکتیل آمین در فاز آلی استفاده گردید. در بررسی انجام شده برای حذف کادمیم، تأثیر متغیرهای گوناگون شامل غلظت امولسیون ساز، غلظت حامل، ph اولیه فاز خارجی، نوع اسید مورد استفاده در فاز خارجی، ph اولیه فاز داخلی، نسبت فاز آلی به آبی در امولسیون، نوع حلال، نسبت فاز امولسیون به فاز آبی خارجی، غلظت اولیه کادمیم در فاز خارجی، حضور عامل کیلیت ساز در فاز خارجی، میزان کلرید موجود در فاز خارجی و شرایط اختلاط بر روی بازده و ظرفیت حذف و انتخاب پذیری روش مورد مطالعه قرار گرفت. در بررسی انجام شده برای حذف کبالت، اثر غلظت حامل، ph اولیه فاز خارجی، غلظت اولیه آنیون کیلیت ساز در فاز خارجی، غلظت امولسیون ساز و غلظت اولیه کبالت در فاز خارجی، نوع فاز داخلی و غلظت اولیه آن و نوع فاز آلی بر بازده و ظرفیت حذف بررسی گردید. با توجه به نتایج حاصل از آزمایشات، شرایط عملیاتی بهینه برای حذف فلزات فوق از پساب به روش غشاء مایع امولسیونی تعیین گردید.

با توجه به وجود کاتیون¬های کادمیم و روی (ii) در پساب بسیاری از صنایع و لزوم حذف این فلزات از پساب، در تحقیق حاضر جداسازی آنها از محلول آبی به روش غشاء مایع ترکیبی که به دنبال آن امکان بازیافت نیز فراهم می¬گردد، مورد مطالعه قرار گرفته است. در این تحقیق از یک up- set طراحی شده جدید که ترکیبی از غشاء مایع بالک و غشاء مایع حمایت شده در آن گنجانده شده، استفاده گردیده است. استفاده از این up- set بسیاری از معایبی که در کارهای قبلی مشاهده می¬شود، را برطرف می¬سازد. برای انتقال کاتیون¬ها به شکل کمپلکس آنیونی از آنیون کیلیت¬ساز مناسب جهت ایجاد کمپلکس در فاز خوراک و حامل تری ایزواکتیل آمین در فاز آلی استفاده گردیده است. در بررسی انجام شده برای حذف کادمیم و روی، تأثیر متغیرهای گوناگون شامل اثر نوع فیلتر، غلظت حامل، ph اولیه فاز خوراک، نوع اسید مورد استفاده در فاز خوراک، phاولیه فاز تهی¬ساز، نوع حلال، غلظت اولیه کادمیم در فاز خوراک، ضخامت فیلم فاز آلی، اثر دما و اثر هم¬زدن فاز خوراک بر روی بازده و ظرفیت حذف و انتخاب¬پذیری روش مورد مطالعه قرار گرفت. در بررسی انجام شده برای حذف کادمیم، میزان کلرید موجود در فاز خوراک و برای حذف روی اثر گونه¬های مزاحم بر بازده و ظرفیت حذف بررسی گردیده¬اند. کارایی سیستم غشاء مایع ترکیبی با کارایی غشاء مایع حمایت شده مقایسه شده و مشاهده شده است که سیستم غشاء مایع ترکیبی کارایی خیلی بهتری از غشاء مایع حمایت شده دارد.