جداسازی استون از آب با استفاده از غشای نانوکامپوزیتی پلی ‌دی‌ متیل‌ سیلوکسان/پباکس/تیتانیا به روش تراوش تبخیری

لزوم جداسازی استون از پساب واحدهای صنعتی مانند رنگ‌آمیزی، تولید جوهر، لعاب‌کاری سبب شد روش‌های گوناگونی توسط پژوهشگران پیشنهاد شود. امروزه استفاده از روش تراوش تبخیری به‌دلیل مصرف انرژی کم، سادگی عملیات و سازگاری با محیط‌ زیست مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش جداسازی استون از آب به‌وسیله غشای نانوکامپوزیتی پلی دی متیل سیلوکسان/پباکس/تیتانیا در دستگاه تراوش تبخیری بررسی شد. برای تعیین خواص مورفولوژی، کریستالوگرافی و برهم‌کنش اجزا سازنده این غشا که به روش ریخته‌گری محلولی ساخته شده است از آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف‌سنجی انتقال فوریه مادون قرمز و پراش اشعه ایکس، آنالیز گرماسنجی و آزمون زاویه تماس برای تعیین خاصیت آب‌گریزی استفاده شد. براساس روش طراحی آزمایش اثر سه متغیر: درصد وزنی خوراک شامل 4، 8 و12درصد وزنی استون، درصد وزنی نانوذره تیتانیا شامل صفر، 0.75 و 19.5 و دمای عملیاتی شامل 27، 37 و 47 درجه سلسیوس بر مقدار جداسازی استون از آب در دستگاه تراوش تبخیری بررسی شد. نتایج آزمون‌های فیزیکی و شیمیایی روی غشا بیانگر توزیع مناسب نانوذره، تشکیل بافت متراکم و منسجم، تشکیل گروه‌های عاملی مورد انتظار و همچنین افزایش خاصیت آب‌گریزی در غشا را تایید می‌کند. بررسی طیف‌سنجی انتقال فوریه مادون قرمز وجود هر دو ماده پلی‌دی میتیل سیلوکسان و پباکس به‌همراه نانوذره تیتانیوم را در غشا تایید می‌کند و آزمایش پراش اشعه ایکس نشان می‌دهد در ساختار غشا دو بخش بلوری و آمورف وجود دارد. نتایج سنجش میکروسکوپ الکترونی، سطح لایه انتخابگر غشا از جنس پباکس را کاملاً یکنواخت، بدون منفذ و فاقد هر نوع نقص و ترک و وجود زیرلایه به‌همراه نانوذره و لایه انتخابگر را در غشا نشان می‌دهد. نتایج این پژوهش نشان داد که با افزایش نانوذره ابتدا درصد جداسازی استون افزایش و سپس به‌دلیل انباشت و عدم‌پراکندگی نانوذره در ماتریس غشا مقدار درصد جداسازی استون کاهش می‌یابد. همچنین بررسی تاثیر غلظت استون در خوراک نشان داد رابطه مستقیمی بین درصد خوراک و درصد جداسازی استون وجود دارد. بررسی اثر دمای خوراک بر مقدار درصد جداسازی استون نشان می‌دهد که با افزایش دما در محدوده 27 تا 37 درجه سلسیوس مقدار درصد جداسازی استون افزایش می‌یابد و بیشتر از این محدوده تا دمای 47 درجه سلسیوس از تاثیر این نقش بر درصد جداسازی استون کاسته می‌شود. نتایج نشان می‌دهد بیشترین درصد جداسازی استون از آب در شرایط غشایی با درصد نانوذره 0.75، دمای خوراک 37 درجه سلسیوس و غلظت خوراک 12 درصد وزنی معادل 90.11 درصد است.

Acetone/Water Separation through Polydimethylsiloxane/PEBAX/Titania Nanocomposite Membrane by Pervaporation Method

The need to separate acetone from waste water of industrial units such as dyeing, ink production, glazing, etc. has encouraged researchers to propose various separation methods for this purpose. Among different separation techniques, the pervaporation has been considered as a promising one due to its low energy consumption, operational simplicity and environmental compatibility. In this paper, the removal of acetone from water solution using the prepared polydimethylsiloxane/PEBAX/titania nanocomposite membrane by the pervaporation method has been investigated. After the fabrication of the membranes, they were characterized by various analyses including scanning electron microscopy, Fouriertransform infrared spectroscopy, Xray diffraction, thermal gravimetric analysis, and contact angle to study morphology, chemical bonds changes, crystalline structure, thermal resistance, and hydrophobicity feature of the resultant membranes, respectively. Designing the experiments by Taguchi technique, the effect of three variables: feed concentration (4, 8 and 12 wt.%), titania nanoparticles content (0.0, 0.75 and 1.5 wt.%), and operating temperature (27, 37 and 47 °C) on the separation efficiency of acetone from water was surveyed. The characterization membranes’ results are indicative of a proper distribution of the nanoparticles in the membranes matrices, dense structure of the membranes, the existence of expected functional groups in the membranes, as well as the increased hydrophobicity of the membranes. The FTIR outcomes confirm the presence of PEBAX, polydimethylsiloxane, along with the titania nanoparticles in the fabricated membranes. Besides, the semicrystalline structure of the membranes which is affirmed by the XRD analysis exhibits the existed crystalline and amorphous parts in their bodies. The SEM photos displays PEBAXbased selective layer with its defect free and dense structure, along with the polydimethylsiloxanebased support layer containing the titania nanoparticles. The obtained results of this study indicated that with raising the titania nanoparticles loading, the separation efficiency of acetone from the water solution firstly increased due to the improved hydrophobicity of the membranes resulting from the welldispersed titania nanoparticles and then decreased because of the aggregated nanofillers. Moreover, the results exhibited that there is a direct relation between the acetone concentration in feed and the acetone separation efficiency. It was also shown that the as the operating temperature is enhanced from 27 to 37 °C, the separation efficiency increases remarkably, while it does not change significantly at the temperature more than 37 °C. The pervaporation experiments revealed the maximum acetone/water separation efficiency of 90.11% for the membrane embedded with 0.75 wt. % of the titania nanoparticles at 37 °C and 12 wt. % of feed concentration.