کلمات کلیدی: نانوذرات TiO2، ضد گرفتگی کردن، پلی اکریلو نیتریل، پلی‌اکریل‌آمید، خودآرایی، مخلوط کردنفهرست مطالب گفتار اول: مطالعه بر روش های جداسازی پلی‌اکریل‌آمید و آشنایی با فرآیندهای غشایی 11-1معرفی کارخانه زغالشویی. 31-2 معرفی فرآیند انعقاد و لخته سازی. 41-3 معرفی پلی‌اکریل‌آمید. 61-4 لزوم تصفیه پساب حاوی پلی‌اکریل‌آمید. 101-5 روش های جداسازی پلی‌اکریل‌آمید. 121-6 جذب پلیمر با جاذب های سطحی. 121-7 غشاوفرآيندهايغشايي. 131-7-1 تاريخچه. 131-7-2 تعريفغشا. 141-7-3 مزاياياستفادهازتكنولوژيغشايي. 171-7-4 انواعغشاها. 171-7-4-1 تقسيمبنديبراساسجنسغشا. 181-7-4-2 تقسيمبنديبراساسساختارغشا. 181-7-4-3 تقسيمبنديغشاهاازلحاظعملكرد. 201-7-5 انواع فرآیندهای جداسازی غشایی. 211-7-6 مقايسهروشهايفيلتراسيون. 241-7-7 مکانیسمهای جداسازی. 261-7-8 روشهای عملکرد فرآیندهای غشایی. 281-7-9 انسداد در غشاها. 291-7-10 روشهايجلوگيريوياكمتركردنگرفتگيغشا. 331-7-10-1 انتخابغشامناسب. 331-7-10-2 پيشتصفيهسيالوروديبهغشا. 331-7-10-3 بهبودشرايطعمليات. 341-7-10-4 اصلاح سطح غشاهای ساخته شده. 341-7-10-4-1 روش فیزیکی. 341-7-10-4-2 روش شیمیایی. 341-7-11 تهیه غشاهای اولترافیلتراسیون ترکیبی با استفاده از ذرات معدنی. 351-7-11-1 رسوب ذرات معدنی بر روی سطح غشا به صورت مستقیم. 351-7-11-2 قرار گرقتن نانوذرات در ماتریکس غشا. 361-7-12 روش‌هاي كاهش گرفتگي. 361-7-13 تميزسازي (كلينينگ). 371-7-13-1 تميزسازي هيدروليكي. 371-7-13-2 تميزسازي مكانيكي. 381-7-13-3 تميزسازي الكتريكي. 381-7-13-4 تميزسازي شيميايي. 381-8 مطالعات صورت گرفته. 40گفتار دوم:تجربیات. 462-1 تجهیزات و مواد مورد استفاده. 472-2 فرآیند تهیه غشا. 482-2-1 ساخت غشا پلی اکریلونیتریل به روش وارونگی فازی. 482-2-2 ساخت غشای پلی اکریلونیتریل مناسب. 512-3 اصلاح سطح غشا با روش عملیات حرارتی و هیدرولیز. 512-4 ترکیب غشا با نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید. 522-4-1 خود آرایی نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید بر روی سطح غشا پلیاکریلونیتریل 532-4-2 مخلوط کردن نانوذرات تیتانیوم‌دی‌اکسید در محلول پلیمری. 532-5 ارزیابی عملکرد غشا. 542-6 شار آب خالص. 572-7 احتباس. 582-8 آستانه شکست و محاسبه اندازه حفرات. 592-8-1 اندازهگيريغلظتپلياتيلنگلايكول. 612-9 بررسی میزان گرفتگی غشا. 622- 10 بررسی مورفولوژی غشا. 632-10-1 بررسی مورفولوژی غشای تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)642-10-2 بررسی آبدوستی غشا با آنالیز زاویه تماس. 652-7-3 بررسی ساختار شیمیایی غشا. 662-10-4 طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس(EDX). 67گفتار سوم: بحث و نتیجه گیری. 69مقدمه. 703-1 ساخت غشا پلی اکریلو نیتریل. 703-2 اصلاح شیمیایی غشا. 733-3 اصلاح حرارتی غشاهای پلی اکریلو نیتریل. 763-4 بررسي عملكرد و ساختار غشا اصلاح شده حرارتي. 763-5 اصلاح غشا با استفاده از نانوذرات. 803-5-1 اثر خودآرایی نانوذرات تیتانیوم دیاکسید بروی سطح غشا. 813-5-2 اثر مخلوط کردن نانوذرات تیتانیوم دیاکسید در محلول پلیمری. 833-6 مقایسه بین دو روش افزودن نانوذرات. 853-7 آنالیز میکروسکوپ الکترونی پویشی از سطح غشا. 863-8 آنالیز پراش انرژی پرتو ایکس(EDX). 903-9 اندازه گیری آستانه شکست. 933-10 بررسی آبدوستی سطح غشا. 953-8 بررسی گرفتگی غشا. 97گفتار چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات. 1014-1 نتیجه گیری. 1024- 2 پیشنهادات. 104 فهرست جدولهاعنوانصفحهجدول1-1: تفاوت در فرآیندهای فیلتراسیون27جدول1-2: پسزنی گونهها در فرآیندهای فیلتراسیون28جدول3-1: درصدهای وزنی و اتمی عناصر در غشاهای خودآرایی و مخلوط93جدول 3-2: زوایای محاسبه شده از تصاویر زاویه تماس98 فهرست شکلهاعنوانصفحهشکل1-1: شماتیکی از فرآیند زغالشویی5شکل1-2: پلی‌اکریل‌آمیدبدون بار7شکل1-3: ساختار پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی8شکل1-4: طیف FT-IRازپلی‌اکریل آمید مورد استفاده8شکل1-5: توزیع اندازه ذرات پلی‌اکریل‌آمید در pH های مختلف10شکل 1-6: مکانیسم فرآیند انعقاد و لخته سازی11شکل 1-7: گرفتگی در غشاهای PSF در اثر جداسازی پلی‌اکریل‌آمید17شکل 1-8: نمایی از فرآیند جداسازی غشایی17شکل 1- 9: فرآيندهاي تصفيه آب معمولي و ميکرو فيلتراسيون18شکل 1-10: نماييازساختارغشاهايسنتزي21شکل1-11: طرحی از تقسیم بندی غشاها بر اساس ساختار22شکل 1-12: نمایی از فرآیند اسمزمعکوس27شکل1-13: انواع روشهای فیلتراسیون با نوع مواد عبوری از آنها29شکل1-14: نمایی از مکانیسم غربال مولکولی30شکل1-15: شماتیکی از دو فرآیند عملکرد غشایی32شکل 1-16: نمونهاي از يك گرفتگي غشايي بر روي غشاي پلي وينيليدن فلورايد33شکل 1-17: شماتيكي از انواع گرفتگي در فرآیند غشايي33شکل 1-18: شماتيكي از تميزسازي هيدروليكي غشاهاي داراي گرفتگي41شکل 2-1: فیلم کش مورد استفاده جهت ساخت غشا پلیمری52شکل2-2: شماتیک فرآیند انعقاد53شکل2-3: مراحل کامل ریخته‌گری و انعقاد غشا پلیمری53شکل2-4: نماي شماتيک از سل با انتهاي بسته و سل با جريان متقاطع58شکل2-5: نماي شماتيک تست عملکرد غشا59شکل2-5: نماي شماتيک تست عملکرد غشا63شكل 2-6: اندازهگيري آستانه شکست از طريق منحني احتباس رديابها68شکل 2-8: رابطه میان زاویه تماس و آبدوستی69شکل 2-9: نمونه ای از آنالیز EDX71شکل 3-1: وجود بزرگحفرهها در غشا تهیه شده با پلیمر پلیاکریلونیتریل و حلال74شکل 3-2: اثر غلظت پلیاکریلو نیتریل بروی شار و احتباس پلیاکریل آمید75شکل3-3: مکانیسم هیدرولیز پلیاکریلو نیتریل در محیط اسیدی و بازی76شکل3-4: آنالیز طیف سنج ماون قرمز برای غشا قبل از هیدرولیز78شکل3-5: آنالیز طیف سنج ماون قرمز برای غشا بعد از هیدرولیز79شکل 3-6: شکل گیری حفرات غشا در پی عملیات حرارتی81شکل3-7: اثر دمای اصلاح غشا پلی اکریلونیتریل بروی شار و احتباس پلیمر81شکل3-8: تغییرات شار و احتباس پلیمردر پی تغییرات زمان اصلاح حرارتی83شکل3-9: خودآرایی نانوذرات تیتانیوم دیاکسید بروی سطح غشا85شکل3-10: اثر زمان غوطهوری غشا در محلول نانوذرات TiO2بر میزان احتباس و شار پلیمر86شکل3-11: اثر نانو ذرات بروی احتباس و شار عبوری پلیاکریل آمید در روش مخلوط کردن88شکل3-12: مقایسه درصد افزایش شار در دو روش خودآرایی و مخلوط کردن89شکل 3-13: تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی91شکل3-14: پراش الکترونی پرتو ایکس غشا خودآرایی شده با نانوذرات TiO292شکل3-15: پراش الکترونی پرتو ایکس غشا مخلوط شده با نانوذرات TiO293شکل 3-16: آستانه شکست غشا در عدم حضور نانوذرات TiO295شکل 3-17: آستانه شکست غشا در حضور نانوذرات TiO2با روش خودآرایی95شکل 3-18: آستانه شکست غشا در حضور نانوذرات TiO2 با روش مخلوط کردن96شکل 3-19: تصاویر آنالیز زاویه تماس97شکل 3-20: تغییرات نسبت بازیابی شار در پی افزودن نانوذراتTiO299شکل 3-21: تغییرات میزان گرفتگی در پی افزودن نانوذرات TiO299شکل 3-22: بررسی تغییرات شار پلی اکریل آمید با گذشت زمان فیلتراسیون100 گفتار اول با توجه به گسترش روزافزون بحران کمبود آب مورد نیاز نه فقط برای مصارف خانگی و کشاورزی که در بخش صنعت، تلاش‌ها برای تصفیه و بازگرداندن بخش قابل توجهی از آب مصرفی به چرخه مصرف در حال افزایش است. میزان مصرف آب در بخش صنعت با توجه به گزارش وزارت نیروی جمهوری اسلامی ایران، در حدود 5/1 درصد کل آب مصرفی کشور معادل 5/1 ملیارد متر مکعب را به خود اختصاص داده است. لذا با توسعه علم و فناوری نظیر فرایندهای غشایی میتوان بخش عظیمی از این آب را به چرخه صنعت بازگرداند. فرآیندهای غشایی مانند نانوفیلتراسیون [1] (NF) ، اولترافیلتراسیون[2] (UF) و اسمز معکوس[3] (RO) به طور فزاینده‌ایی در احیا و استفاده مجدد از پساب و تصفیه آب آشامیدنی استفاده می‌شوند]1.[ 1-1معرفی کارخانه زغالشویی این کارخانه در فاز اول به منظور تامین کک مورد نیاز برای کارخانه ذوب آهن اصفهان طراحی و اجرا گردیده‌است. ظرفیت اسمی این کارخانه که بزرگترین کارخانه‌ی زغالشویی کشور می‌باشد 300 تن در ساعت است. زغال سنگ پس از استخراج از معادن پروده که حدوداً شامل 50 درصد باطله است جهت خالص سازی و جداسازی از باطله به کارخانه زغالشویی منتقل می‌شود. سپس زغال سنگ وارد روتاری بریکر شده تا عمل دانه‌بندی و ریزکردن ابعاد زغال سنگ انجام شود. پس ازعملیات مختلفی که بر روی زغال به منظور دانه‌بندی و خاکستر کردن آن انجام می‌شود، مهم ترین قسمت کارخانه زغالشویی یعنی بخش فلوتاسیون مورد استفاده قرار می‌گیرد.هدف از بخش فلوتاسیون تولید زغال کنسانتره در ابعاد بسیار ریز (خاکستر) می‌باشد. در این بخش زغال دانه‌بندی شده و ریز با آب مخلوط می‌شود. فرایند فلوتاسیون در واقع جداسازی جامد از جامد ( جداکردن زغال کک شو از باطله) در اثر اختلاف در دانسیته ذرات است]2.[شش سلول در قسمت فلوتاسیون فعال است که این سلول‌ها دارای قطر4 متر و ارتفاع 8 متر هستند و ظرفیت آنها 300 تن در ساعت است. جریان خوراک اولیه (مخلوط آب و زغال) از ارتفاع 2 متری بالای سلول وارد آن شده، سپس فروتر یا همان کف ساز از ارتفاع 5/1 متری کف سلول وارد می‌شود. علت افزودن کف ساز در واقع ایجاد حباب است، که باعث می‌شود که ذرات با دانسیته کمتر که همان زغال مرغوب است، روی سطح حباب‌ها قرار گیرند و از بالای سلول به صورت سر ریز خارج شوند و باطله نیز به علت دانسیته بیشتر در کف سلول باقیمانده، و خارج می‌شود.زغال فرآوری شده به سمت فیلتر پرسی هدایت شده و آبگیری می‌شود و پساپ تولیدی راهی تیکنر می‌شود. همچنین باطله خروجی از فلوتاسیون به همراه پساب نیز وارد تیکنر می‌شود. تیکنر قسمتی از کارخانه جهت بازیابی آب است که استخری به حجم3 m5400 را شامل می‌شود. در مرحله آخر به دلیل وجود ذرات معلق در پساب، از منعقد کننده‌ها به منظور ته نشینی -تحت عنوان فرآیند انعقاد ولخته سازی- و استفاده مجدد از آب استفاده می‌شود.شکل1-1: شماتیکی از فرآیند زغالشویی 1-2 معرفی فرآیند انعقاد و لخته سازی انعقاد و لخته سازی[4] یک واحد فیزیک و شیمیایی در فرآیند پیش تصفیه[5] می‌باشد. در این فرآیند ذرات ریز معلق توسط منعقد کننده‌ها[6] به ذرات درشت تبدیل و ته نشین می‌شوند. برای این فرآیند میتوان از مواد آلی یا معدنی و مواد با جرم ملکولی بالا مانند پلیمرها استفاده کرد. فلوکولاسیون نوعی فرایند انعقاد و لخته سازی است که از پلیمرها به منظور ته نشین کردن ذرات معلق استفاده می‌کند، که خود به سه دسته کاتیونی، آنیونی و خنثی تقسیم می‌شود. پلیمرهای کاتیونی کاربرد فراوانی در تصفیه پساب‌های حاوی ذرات معدنی دارند. بیشتر پلیمرهای مورد استفاده در فرآیند فلوکولاسیون پلیمرهای خطی می‌باشند]3-11[.