فهرست مطالبعنوان صفحه فصل اول: مقدمه1 – 1.مقدمه -------- 21 - 2.ترکیبات موجود در پسابهای پالایشگاهی--------------- 41 – 3.استاندارد دفع پساب ------ 51 – 4. مشکلات ناشی از وجود آمونیاک وکامپونتهای نیتروژن در آب----------- 91 – 5. روشهای حذف آمونیاک و کامپونتهای نیتروژن در آب ------ 101 – 6. فرایندهای غشایی --------- 121 – 7. اهداف پروژه ----------- 131 – 8 .نتیجهگیری ------- 14فصل دوم: فرایندهای غشایی 2 – 1. غشاء چیست؟ ------- 162 – 2. توسعه تاریخی غشاها ------------ 172 – 3. دورنمایی از محدوده و کاربردهای فرآیندهای غشایی ------------------------- 202 - 4. مدولهای فرایندهای غشایی --------------------------------------------- 232 – 5.مزایای استفاده از تکنولوژی غشاء ----------------------------------------- 272 – 6. میکرو فیلتراسیون ----------------------------------------------------- 282 – 7. اولترا فیلتراسون ------------------------------------------------------- 302 – 8. انواع فرایندهای فیلتراسیون --------------------------------------------- 312 – 9. فاکتورهای مؤثر بر شار عبوری حین فیلتراسیون ---------------------------- 342- 9 – 1. اختلاف فشار در دو طرف غشاء ---------------------------------------- 342 – 9 – 2. سرعت خطی یا سرعت جریان متقاطع -------------------------------- 362 – 9 – 3. دما ----------------------------------------------------------- 372 – 10. دلایل کاهش شار --------------------------------------------------- 372 – 10 – 1. قطبیت غلظتی -------------------------------------------------- 382 – 10 – 2. گرفتگی غشاء --------------------------------------------------- 382 – 11. مکانیزم های جداسازی غشایی------------------------------------------ 462 – 11 – 1. نفوذ نادسن ----------------------------------------------------- 472 – 11 – 2. نفوذ سطح گزینشگر ---------------------------------------------- 482 – 11 – 3. موئینگی تراکمی ------------------------------------------------- 482 – 11 – 4. غربالگری مولکولی ------------------------------------------------ 492 – 11 – 5. انحلال نفوذ ----------------------------------------------------- 492 – 12. غشاءهای پلیمری ----------------------------------------------------- 502 – 12 – 1. نفوذ ----------------------------------------------------------- 522 – 12 – 2. جذب ---------------------------------------------------------- 542- 13. اسمز معکوس --------------------------------------------------------- 552 – 14. غشاءهای ماتریس آمیخته --------------------------------------------- 65فصل سوم: مواد و روشها3 – 1. مواد شیمیایی -------------------------------------------------------- 813 – 1 – 1. پلیال ----------------------------------------------------------- 823 – 1 – 2. دي ايزوسيانات --------------------------------------------------- 823 – 1 – 3. زنجيرگسترنده ---------------------------------------------------- 833 – 1 – 4. کاتاليست -------------------------------------------------------- 833 – 1 – 5. حلال ---------------------------------------------------------- 833 – 2. روش انجام کار ------------------------------------------------------- 843 – 2 – 1. تجهيزات و امکانات مورد نياز براي سنتز پلييورتان ---------------------- 843 – 2 – 2. واکنش سنتز پلييورتان -------------------------------------------- 853 – 2 – 3. ساخت غشاي چگال از پلييورتان خالص ------------------------------- 883 – 2 – 4. فیلمکش با تیغه استیل قابل تنظیم ----------------------------------- 883 – 3. نکات ضروری ------------------------------------------------------- 893 – 4. دستگاه مورد استفاده برای تست غشاء ------------------------------------ 923 – 4 – 1. سیستم اسمز معکوس با مدول غشائی --------------------------------- 923 – 5. طرح آزمایشات ------------------------------------------------------- 963 – 6. بررسی مشخصات غشاء ----------------------------------------------- 963 – 6– 1. آنالیز گرماسنجی روبشی تفاضلی ------------------------------------- 963 – 6 – 2. آنالیز طیف سنجی مادون قرمز فوریه --------------------------------- 973 – 6 – 3. آنالیز میکروسکوپ الکترونی ---------------------------------------- 973 – 6 – 4. آنالیز توزین حرارتی (TGA) --------------------------------------- 983 –6 –5. آنالیز زاویه تماس (CA) ------------------------------------------- 98فصل چهارم: بحث و نتیجه گیری4 – 1. نتایج آنالیزهای غشاءهای ساخته شده ------------------------------------ 1024 – 1 – 1. نتایج آنالیز RFTI ----------------------------------------------- 1024 – 1 – 2. نتایج آنالیز DSC ----------------------------------------------- 1034 – 1 – 3. نتایج آنالیز TGA ------------------------------------------------ 1074 – 1 – 4. نتایج حاصل از آنالیز CA ------------------------------------------ 1094 – 1 – 5. نتایج آنالیز SEM ------------------------------------------------ 1104 – 2. آزمونهای تراوایی غشاء ----------------------------------------------- 1144 – 2 – 1. بررسی اثر فشار بر روی تراوایی غشاء -------------------------------- 1144 – 2 – 2. بررسی تأثیر گذشت زمان بر شار عبوری از غشاء------------------------- 1154 – 3. نتیجه گیری نهایی --------------------------------------------------- 1194 – 4. پیشنهادات --------------------------------------------------------- 121منابع و مراجع -------------------------------------------------------------- 122 فهرست جداولعنوان صفحهجدول - 1 – 1. آلایندههای پساب و منابع آنها ------------------------------------4جدول - 1 – 2. استاندارد خروجی فاضلابهای صنعتی ------------------------------ 6جدول - 2 – 1. مقایسه میان چهار فرایند غشایی ----------------------------------20جدول - 2 – 2. خلاصهای از تکنولوژیهای مختلف جداسازی غشایی -------------------22جدول - 3 – 1. نام و مشخصات مواد استفاده شده --------------------------------81جدول - 3 – 2. محاسبات ترکیب مواد اولیه برای سنتز پلییورتان ---------------------91جدول - 4 – 1. دمای ذوب غشاءهای مختلف با توجه به آنالیز DSC ----------------106جدول - 4 – 2. نتایج آنالیز بررسی زاویهی تماس با سطح--------------------------109 فهرست شکلهاعنوان صفحه شکل - 1- 1. موازنه آب در پالایشگاه ----------------------------------------------3شکل - 2 – 1. نمایش ترسیمی دو فاز جدا شده توسط یک غشاء-----------------------17شکل - 2 – 2. مدول غشایی مارپیچی -------------------------------------------25شکل - 2 – 3. مقطع عرضی مدول مارپیچی --------------------------------------25شکل - 2 – 4. مدول غشایی صفحه و قاب ---------------------------------------26شکل - 2 – 5. مدول غشایی الیاف میان تهی ------------------------------------ 26شکل - 2 – 6. انجام فیلتراسیون به طریق جریان انتهای بسته و جریان متقابل ------------ 32شکل - 2 – 7. تغییر شار و ضخامت کیک در جران انتهای بسته و جریان متقابل -------- 32شکل - 2 – 8. اشکال مختلف اولترافیلتراسیون با جریان – متقابل ---------------------33شکل - 2 – 9. تغییرات شار عبوری از غشاء با تغییر شرایط عملیاتی ------------------ 35شکل - 2 - 10. اثر عوامل مختلف بر فرایند اسمز معکوس ----------------------------63شکل - 3 – 1. تصويري از سامانه مورد استفاده در سنتز پلييورتان ---------------------85شکل - 3 – 2. سنتز پلييورتان از طريق واکنش دو مرحله‌اي -------------------------87شکل - 3 – 3. فیلم کش غشاء با تیغه تمام استیل متحرک ---------------------------89شکل - 3 – 4 . سیستم اسمز معکوس آزمایشگاهی همراه با مدول غشاء------------------94شکل - 3 – 5. مدول غشایی باز شده ---------------------------------------------95شکل - 3 – 6. مدول غشایی بسته -----------------------------------------------95شکل - 4 – 1. طیف FTIR غشاءهای ساخته شده---------------------------------103شکل - 4 – 2. نتایج آنالیز گرماسنجی روبشی تفاضلی ------------------------------105شکل - 4 – 3. نمودار آنالیز تخریب حرارتی با دستگاه TGA ------------------------ 108شکل - 4 – 4. تصاویر SEM سطحی و مقطع شکست غشاءهای پلی یورتان(PU)------- 113شکل – 4 – 5. نمودار بررسی اثر فشار بر شار عبوری از غشاء ----------------------- 115شکل - 4-6. نمودار میزان جداسازی با گذشت زمان ------------------------------- 116شکل - 4-7. نمودار میزان شار عبوری با گذشت زمان -------------------------------117 چکیده امروزه جداسازی غشایی به عنوان جایگزین فناوریها معمول فرایندهای جداسازی و به ویژه در جداسازی گازها ومحلولهایی با آلودگیهای خیلی کم ویا دست یابی با درجه خلوص بالا مطرح شده است. غشاءهای پلیمری برای جداسازی استفاده می شوند با این حال عملکرد جداسازی آنها به اندازه کافی برای امکان سنجی صنعتی مناسب نیست. از سوی دیگر غشاءهای معدنی دارای عملکرد جداسازی خوبی هستند اما فراوری آنها با مشکلاتی همراه است. بنابراین توسعه غشاهءها با مورفولوژی جدید برای اصلاح خواص تراوش گازی غشاءها مورد نیاز است.در نتیجه غشاءهای ماتریس آمیخته متشکل از ماتریسهای پلیمری و ذرات معدنی / آلی پراکنده در ابعاد نانو نوع جدیدی از غشاءها هستند که برای از بین بردن محدودیت غشاءهای پلیمری توسعه داده شدهاند. بهترین مکانیزم انتقال از این غشاء ها با بررسی اثر پارامترهای آماده سازی و عملیاتی میتواند به دست آید. دراین پروژه به بررسی اثر مقادیر 3 درصد وزنی از نانوسیلیکا اصلاح نشده و نانوسیلیکا اصلاح شده با فلوئور(نانو سیلیکا فلوئوره)، زمان و فشار بر عملکرد جداسازی غشاءهای آمیخته نانوکامپوزیتی پرداخته میشود. غشاءهای مورد استفاده در این پروژه یک ساختار خاص از پلییورتان و نانوذرات سیلیکا وسیلیکا فلوئوره میباشد. ساخت غشاءهای خالص پلی یورتان و غشاءهای ماتریس آمیخته پلی یورتانی مورد بررسی قرار گرفته است.نانو ذرات سیلیکا اصلاح نشده ازشرکت مرک (آلمان) تهیه شدهاند ونانو ذرات سیلیکا فلوئوره در دانشگاه شیراز سنتز شدهاند. غشاءها با استفاده از فیلمکش و روش تبخیر حلال تهیه شدهاند.برای تفهیم بهتر از ساختار غشاء آنالیزهای TGA ، FESEM ، FTIR ، DSC وContact angle (CA) استفاده شده است. آنالیز DSCنشان داد که افزایش نانوذرات منجر به افزایش دمای انتقال شیشهای ومقاومت حرارتی نانوکامپوزیتهای پلیمری میشود. آنالیز FTIR حضور ذرات نانوسیلیکا وفلوئور را بر روی سطح نانوکامپوزیتها نشان میدهد. تصاویر SEM تغییر مورفولوژی پلیمر را با اضافه کردن نانوذرات نشان میدهد. آنالیزTGA افزایش مقاوت حرارتی را با اضافهکردن نانوذرات را نشان میدهد. آنالیز CA اثر نانوذرات را بر روی آب دوستی یا آب گریزی غشاء نانوکامپوزیتی را نشان میدهد.افزایش نانوذرات تراوایی گاز آمونیاک رااز غشاء به طور چشمگیری افزایش میدهد.واژه های کلیدی : جداسازی غشایی ، نانوکامپوزیت ، پلی یورتان ،آمونیاک ، غشاءی ماتریس آمیخته فصل اولمقدمه 1 – 1. مقدمه:حضور ترکیبات آلی در آب یکی از عمدهترین منابع اصلی آلودگی محیطهای آبی میباشند. امروزه گازها اهمیت خاصی پیدا کردهاند به طوری که عمده خوراکهای صنایع شیمیایی گازها هستند که میتوان به آمونیاک، نیتروژن، اکسیژن، گازهای طبیعی اتیلن و پروپیلن اشاره کرد. جداسازی یک یا چند گاز در بسیاری از صنایع لازم و ضروری است. بسیاری از این ترکیبات برای جانوران و گیاهان و محیط زیست خطرناک هستند. ترکیبات آروماتیک سمیتر از ترکیبات آلیفاتیک هستند و اجزای با وزن ملکولی متوسط سمیتر از اجزای سنگینتر (نظیر قیرها) میباشند. از فرایندهایی که امروزه برای جداسازی به کار میروند میتوان به تقطیر سرمایشی، جذبسطحی، جذب و جداسازی غشایی اشاره کرد ] 4 – 1 [ .در فرایندهای زیادی در پالایشگاهها، پتروشیمیها و صنایع زیردستی نیاز به آب وجود دارد ولی در همه این فرایندها نیاز به آب تصفیه شده با درجه ی خلوص بالا نیست و میتوان از آبهای بازیابی شده نیز در بسیاری از موارد استفاده کرد. قسمت عظیمی از آب مورد استفاده میتواند بازیابی گردد و کسری از آن به علت تبخیر در مراحل مختلف هدر میرود. عمدهترین منابع تولید پسابهای نفتی و پالایشگاهی، جریان پساب حاصل از عملیات نفتی و گازی میادین خشکی و دریایی است. بازیابی پسابها به خصوص در نواحی نفت خیز خشک به دلیل کمبود آب بسیار مهم است. حجم آب تولیدی در حین فرایندهای نفتی که اصطلاحاً به آن آب تولید شده گفته میشود در مورد میادین خشکی ایالات متحده سالانه در حدود 33 میلیارد بشکه تخمین زده شده است . این آبهای تولیدی به علت دارا بودن مقادیر قابل توجهی مواد نفتی، آلی و معدنی قابلیت تزریق به چاه یا تخلیه در آبهای سطحی را ندارند ] 5 [.شکل 1-1 یک نمونه از موازنه آب در یک پالایشگاه را نشان میدهد.