بررسی اثر زیرلایه حمایت کننده بر عملکرد تراوش تبخیری غشاهای شبکه مرکب حمایت شده برای جداسازی آب و ایزوپروپانول

در این مطالعه غشاهای شبکه مرکب حمایت شده با پلی اترسولفون و پلی اتر سولفون سولفونه شده برای جداسازی آب از مخلوط آبی ایزوپروپانول تهیه شده اند. غشاهای ساخته شده شامل یک زیرلایه متخلخل از جنس پلی اتر سولفون و یک لایه نازک کامپوزیتی از پلی‌وینیل الکل و نانولوله های تیتانیومی می‌باشند. در واقع، به منظور ساخت لایه بالایی انتخاب‌گر این غشاها، نانولوله های تیتانیومی سنتز شده به روش هیدروترمال در پلی وینیل الکل توزیع شده اند. همچنین برای بررسی تاثیر زیرلایه بر عملکرد جداسازی غشاها و مقاومت های انتقال جرم، سولفوناسیون پلی‌اترسولفون انجام گرفته است. سپس عملکرد جداسازی غشاهای تهیه شده در تراوش تبخیری خوراک آبی شامل 90 درصد وزنی ایزوپروپانول در دمای °c 50  ارزیابی شده است. نتیجه‌ها دلالت داشته اند که ضخامت زیرلایه و ویژگی‌های شیمیایی آن تاثیر به‌سزایی بر نتیجه‌های جداسازی داشته است. در واقع کاهش اختلاف آب‌دوستی بین زیرلایه و لایه بالایی غشاها، موجب تشکیل لایه مرزی مشترک بدون نقص و ایده آل بین دو قسمت تشکیل دهنده غشاها شده است. همچنین وجود گروه‌های سولفونه در لایه مرزی مشترک، تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین گروه‌های هیدروکسیل لایه بالایی و گروه‌های سولفونه لایه حمایت کننده و  بهبود سازگاری بین لایه های غشاها باعث چسبندگی بیش‌تر این لایه ها شده است. در نتیجه،  انتقال جرم گزینشی آب در عرض غشاهای پلی وینی الکل شده است. همچنین نتیجه‌های به‌دست آمده نشان داده است که زیرلایه حمایت کننده علاوه بر تامین استحکام فیزیکی غشاها، به عنوان یک مقاومت انتقال جرم نیز بر جداسازی آب و الکل اعمال نموده است. نتیجه‌های مشاهده شده نشان داده است که غشاها شامل 4 درصد وزنی نانولوله که توسط زیرلایه پلی اترسولفون سولفونه شده تهیه شده‌اند مشخصه جداسازی 4828 و شار kg/m2h  0.29 را در جداسازی آب از مخلوط 90 درصد وزنی ایزوپروپانول نشان داده‌اند.

investigation of the effect of the support layer on pervaporation performance of supported mixed matrix membranes in separation of water and isopropanol

in this report, mixed matrix membranes which are supported by polyethersulfone and sulfonated polyethersulfone prepared for dehydration of isopropanol. the prepared membranes are composed of a porous sublayer from polyethersulfone/sulfonated polyethersulfone and a composite top layer of poly(vinyl alcohol) and titanate nanotubes. in fact, hydrothermally-synthesized titanate nanotubes are dispersed in poly(vinyl alcohol). moreover, the sulfonated polyethersulfone are used to investigate the effects of the porous sublayer on mass transport and the separation performance of the membranes. next, the ability of the prepared membranes were studied for pervaporation separation of 90 wt% aqueous isopropanol mixture at 50 . the obtained results indicate that the thickness and chemical properties of the support have had a significant influence on pervaporation results. totally, decreasing the difference between hydrophilicity of top layer and support has resulted in formation of an ideal interface between the layers. furthermore, the presence of sulfone groups in interface, formation of hydrogen bounds among hydroxyl groups of poly(vinyl alcohol) and sulfone groups of the sublayer are responsible for enhanced compatibility between the layers. as a result, selective separation of water through the membranes was obtained. in addition, the results indicated that the support led to existence of an additional mass transport in isopropanol dehydration as well as requiring the physical support for the resultant membranes. the obtained results showed that when 4 wt% titanate nanotubes were dispersed in poly(vinyl alcohol) which was supported by sulfonated polyethersulfone the flux and separation factor were about  0.29 kg/m2 h and 4828, respectively.