فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اوّل: کلیات و مباحث نظری1-1- مقدمه21-2- جداسازی تعادلی و جداسازی کنترل کننده سرعت31-3- فرایندهای جداسازی غشایی51-4- تعریف غشاء61-5- غشاهای سرامیکی81-5-1- مزایای غشاهای سرامیکی161-5-2- روشهای ساخت غشاهای سرامیکی171-5-2-1- روش سل-ژل201-5-2-2- روش غوطهوری231-5-2-3- روش ریختهگری لغزشی241-5-2-4- پرس کردن251-5-2-5- ریختهگری نواری261-5-2-6- اکستروژن271-5-2-7- رسوب شیمیایی بخار281-5-3- مشخصهیابی غشاهای سرامیکی301-5-3-1- مورفولوژی مقاطع عرضی و سطوح غشاء311-5-3-2- ایزوترمهای جذب/دفع گاز321-6- نانوفیلتراسیون321-6-1- اصول نانوفیلتراسیون331-6-2- غشاهای نانوفیلتراسیون331-6-3- کاربردهای صنعتی نانوفیلتراسیون34 فصل دوّم: مروری بر تحقیقات گذشته2-1- مقدمه382-2- غشاهای تک لایه382-3- غشاهای اصلاح شده442-4- غشاهای چند لایه49 فصل سوّم: مواد و روشها563-1- مقدمه573-2-ساخت نگهدارنده غشایی آلفا آلومینا573-2-1-مواد و دستگاههای مورد نیاز573-2-1-1-پودر آلفا آلومینا583-2-1-2-اتانول583-2-1-3- پلی وینیل الکل593-1-2-4- دستگاه شیکر593-1-2-5- دستگاه پرس و قالب دیسکی613-2-2-روشهای آماده سازی پودر آلفا آلومینا613-2-2-1-استفاده از اتانول جهت آماده سازی پودر آلفا آلومینا 623-2-2-2-استفاده از ماده چسبان پلی وینیل الکل جهت آماده سازی پودر آلفا آلومینا633-2-3-تعیین مشخصات نگهدارنده 633-3-ساخت غشاهای دولایه آلومینا-تیتانیا بر پایه نگهدارندههای آلفا آلومینا با استفاده از روشهای سل-ژل و غوطهوری633-3-1-مواد مورد نیاز633-3-1-1-آلومینیوم تری سک بوتاکساید643-3-1-2-تیتانیوم تترا ایزوپروپکساید653-3-1-3- حلالها653-3-1-4- اسید نیتریک663-3-1-5-پلی وینیل الکل و هیدروکسی پروپیل سلولز663-3-2-آماده سازی سل آلومینا683-3-3-آماده سازی سل تیتانیا723-3-4-ساخت لایههای نازک غشایی آلومینا-تیتانیا بر پایه آلفا آلومینا733-3-5-ساخت غشاهای آلومینا-تیتانیا بدون نگهدارنده 743-3-6-مشخصهیابی لایههای غشایی پوشش داده شده بر روی نگهدارنده743-4-آزمایشات نانوفیلتراسیون753-4-1-دستگاههای فیلتراسیون غشایی813-4-2-نفوذپذیری آب خالص823-4-3- اندازهگیری میزان دفع نمک فصل چهارم: نتایج و بحث4-1- مشخصه يابي نگهدارنده غشايي آلفا آلومينا854-1-1- اثر فشار اعمالي854-1-2- اثر دماي زينترينگ884-1-3- اثر افزودنيهاي آلي884-2-خواص سلهای کلوئیدی آلومینا و تیتانیا894-3- مشخصهیابی غشاهای دولایه آلومینا-تیتانیا914-3-1- میکروسکوپ الکترونی روبشی914-3-2- پراش اشعه ایکس934-3-3- ایزوترم جذب/دفع نیتروژن964-3-4- نفوذپذیری آب خالص برای غشاهای دولایه974-4- دفع غشایی984-4-1- میزان دفع یون کلر در غلظتهای مختلف محلول کلرید سدیم 984-4-2- میزان دفع کلر در فشارهای مختلف99 فصل پنجم: نتیجهگیری5-1- نتیجهگیری1025-2- پیشنهادات104 فهرست منابع و مآخذ105 فهرست جدولهاصفحهعنوان و شماره 9جدول شماره 1-1: دستهبندی غشاهای سرامیکی30جدول شماره 1-2: واکنشهای شیمیایی در رسوب شیمیایی بخار 39جدول شماره 2-1-میزان دفع اجزای یونی با استفاده از غشاهای گاما آلومینا (غلظت 01/0 مولار)87جدول شماره 4-1: مشخصات نگهدارنده ديسکي ساخته شده با اتانول 88جدول شماره 4-2: مشخصات نگهدارنده ديسکي ساخته شده با پلي وينيل الکل89جدول شماره 4-3: شرایط آمادهسازی سلهای پایدار 95جدول شماره 4-4: مشخصات ساختارهای بلوری فازهای مختلف غشاء دو لایه96جدول شماره 4-5: مشخصات بلوری لایه تیتانیافهرست شکلهاصفحهعنوان 5شكل شماره 1-1- نمودار شماتیک سادهشده یک فرایند جداسازی غشایی7شکل شماره 1-2- شماتيكي از يك غشاء10شكل شماره 1-3-شماتیکی از یک غشاء کامپوزیتی نامتقارن12شكل شماره 1-4-توزیع اندازه حفره برای یک غشاء کامپوزیتی چهار لایه 12شكل شماره 1-5-میکروگراف TEM مربوط به سطح مقطع عرضی یک غشاء سرامیکی، که یک بخش از لایه گاما آلومینا و لایه سیلیکا را نشان می دهد.13شكل شماره 1-6-میکروگراف SEM یک غشاء سرامیکی لایهنشانی شده14شكل شماره 1-7- سطح مقطع عرضی یک عنصر غشایی مونولیتی چندگذر15شكل شماره 1-8- مدول سرامیکی چندگذر15شكل شماره 1-9-آرایه سلولهای مسطح چندگانه ژنراتور اکسیژن16شكل شماره 1-10- مدولهای الیاف توخالی سرامیکی18شكل شماره 1-11-روشهاي مختلف ساخت غشاء سراميكي22شكل شماره 1-12-روش سل-ژل 22شکل شماره 1-13- اثر شاخهدار شدن سل پلیمری بر روی تخلخل: خوشههای شاخهدار کم نسبت به خوشههای شاخهدار زیاد توزیع اندازه باریکتری را ایجاد میکنند.23شكل شماره 1-14- روش غوطهوري24شكل شماره 1-15- روش ريختهگري لغزشي25شكل شماره 1-16-دستگاه پرس27شكل شماره 1-17-ریختهگری نواری28شكل شماره 1-18- اکستروژن30شكل شماره 1-19-رسوب شیمیایی بخار35شكل شماره 1-20- واحد صنعتی نانوفیلتراسیون به منظور شیرینسازی 40شکل شماره 2-1- مکانیسم جذب؛ (الف) غشاهایی که به صورت مثبت باردار شدهاند. (ب) غشاهایی که به صورت منفی باردار شدهاند 42شکل شماره 2-2- میزان دفع یونهای کلر وسدیم در محلول کلرید سدیم 01/0 مولار بر حسب pH به ازای فشارهای 6 و 15 بار 43شکل شماره 2-3- میزان دفع کاتیون و آنیون بر حسب شار حجمی برای مخلوط 1 میلی مولار کلرید سدیم و کلرید کلسیم 44شکل شماره 2-4- میزان دفع کاتیون (نقاط سیاه) و آنیون (نقاط سقید) بر حسب شار حجمی کل برای کلرید سدیم 1 میلی مولار در 6/4=pH و 3/9=pH 46شکل شماره 2-5- نحوه تغییر پتانسیل جریانی بر حسب pH برای غشاهای تیتانیا-آلومینات روی 46شکل شماره 2-6- میزان دفع نمکهای مختلف بر حسب pH برای غشاهای تیتانیا-آلومینات روی 47شکل شماره 2-7- اندازهگیریهای پتانسیل زتا برای غشاء سیلیکا اصلاح شده با آهن بر حسب pH برای محلولهای نمک 01/0 مولار 48شکل شماره 2-8- شار و میزان دفع غشاء سیلیکا اصلاح شده با آهن در فشار psi 250 و 5/0±5/8=pH برای محلولهای نمک مختلف 49شکل شماره 2-9- میزان دفع کلرید سدیم برای غشاهای نانوفیلتراسیون تیتانیا برحسب pH در غلظت 1 میلی مولار و فشارهای 6 و 15 بار 50شکل شماره 2-10- میزان دفع نمک کلرید سدیم برای غشاهای نانوفیلتراسیون تیتانیا بر حسب غلظت در 5/6=pH و فشارهای 6 و 15 بار 51شکل شماره 2-11- میزان دفع کلرید سدیم بر حسب pH در غلظتهای مختلف 51شکل شماره 2-12- میزان دفع کلرید کلسیم بر حسب pH در غلظتهای مختلف52شکل شماره 2-13- میزان دفع کلرید سدیم بر حسب pH در فشارهای مختلف 53شکل شماره 2-14- مقایسه عملکرد غشاهای نانوفیلتراسیون دولایه با نقطه ایزوالکتریک مختلف و غشاهای نانوفیلتراسیون دولایه با نقطه ایزوالکتریک یکسان برای محلول کلرید سدیم 1 میلی مولار با استفاده از مدل 54شکل شماره 2-15- میزان دفع بر حسب زمان برای غلظتهای مختلف کلرید کلسیم در 6/7 = pH 54شکل شماره 2-16- میزان دفع بر حسب زمان برای سه نوع نمک مختلف با غلظت یکسان در 6/4 = pHشکل شماره 3-1 تصویر دستگاه شیکر59شکل شماره 3-2- تصویر دستگاه پرس60شکل شماره 3-3- تصویر قالب شکلدهی پودر60شکل شماره 3-4- تصویر کوره استفاده شده جهت زینتر کردن دیسکهای آلفا آلومینا 62شکل شماره 3-5- دو فرایند عمومی برای سنتز سلها جهت ساخت غشاهای سرامیکی 67شکل شماره 3-6- تصویر سیستم رفلاکس جهت آمادهسازی سل آلومینا68شکل شماره 3-7- تصویر فرآیند اضافه کردن محلولی اولی (حاوی آلکوکسید) به محلولی دومی ( حاوی آب) 70شکل شماره 3-8- تصویرسیستم فیلتراسیون پمپ خلأ جهت تهیه رسوب سفید رنگ 70شکل شماره 3-9- تصویر سیستم رفلاکس جهت آمادهسازی سل تیتانیا71شکل شماره 3-10- تصویر دستگاه التراسونیک71شکل شماره 3-11- مراحل فرآیند غوطهوری73شکل شماره 3-12- تصویر کوره استفاده شده جهت کلسینه کردن لایههای غشایی 73شکل شماره 3-13- تصویر دستگاه فیلتراسیون غشایی جریان عمودی75شکل شماره 3-14- مدلی از دستگاه نفوذ غشایی جریان عمودی با غشاهای دو لایه گاما آلومینا-تیتانیا 76شکل شماره 3-15- تصویر مدول غشایی مورد استفاده در دستگاه فیلتراسیون غشایی جریان عمودی 76شکل شماره 3-16- دستگاه فیلتراسیون غشایی جریان متقاطع تجاری در مقیاس آزمایشگاهی 77شکل شماره 3-17- تصویر مدول و شیر خروجی مورد استفاده در دستگاه فیلتراسیون غشایی جریان متقاطع 78شکل شماره 3-18- تصویر مخزن خوراک مورد استفاده در دستگاه فیلتراسیون غشایی جریان متقاطع 78شکل شماره 3-19- تصویر پمپ پیستونی مورد استفاده در دستگاه فیلتراسیون غشایی جریان متقاطع 79شکل شماره 3-20- تصویر سنسور فشار مورد استفاده در دستگاه فیلتراسیون غشایی جریان متقاطع 80شکل شماره 3-21- تصویر کنترلر فشار مورد استفاده در دستگاه فیلتراسیون غشایی جریان متقاطع 81شکل شماره 3-22- تصویر نحوه قرار گرفتن مدول، سنسور فشار و شیرهای ورودی و خروجی 81شکل شماره 4-1- تصاوير SEM از نگهدارنده غشايي ساخته شده با استفاده از اتانول (الف) 70 کيلو نيوتن و 1100 درجه سانتيگراد (ب) 90 کيلو نيوتن و 1100 درجه سانتيگراد (ج) 70 کيلو نيوتن و 1200 درجه سانتي گراد (د) 90 کيلو نيوتن و 1200 درجه سانتيگراد 86شکل شماره 4-2- تصاوير SEM از نگهدارنده غشايي ساخته شده با استفاده از پلي وينيل الکل (الف) 70 کيلو نيوتن و 1100 درجه سانتيگراد (ب) 90 کيلو نيوتن و 1100 درجه سانتيگراد (ج) 70 کيلو نيوتن و 1200 درجه سانتي گراد (د) 90 کيلو نيوتن و 1200 درجه سانتيگراد 87شکل شماره 4-3- تصویر دستگاه آنالیز کننده اندازه ذرات90شکل شماره 4-4- تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح غشاء دولایه آلومینا-تیتانیا 91شکل شماره 4-5- تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح غشاء دولایه آلومینا-تیتانیا 92شکل شماره 4-6- تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح غشاء دولایه آلومینا-تیتانیا 92شکل شماره 4-7- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح مقطع عرضی غشاء دولایه آلومینا-تیتانیا 93شکل شماره 4-8- طیف پراش اشعه ایکس برای غشاء دولایه آلومینا-تیتانیا، کلسینه شده در دمای 600 درجه سانتی گراد 94شکل شماره 4-9- طیف پراش اشعه ایکس برای لایه تیتانیا، کلسینه شده در دمای 600 درجه سانتی گراد 95شکل شماره 4-10- توزیع اندازه حفره برای غشاء بدون نگهدارنده، کلسینه شده در دمای 600 درجه سانتیگراد 97شکل شماره 4-11- شار آب بر حسب فشار برای غشاء دولایه آلومینا-تیتانیا 97شکل شماره 4-12- میزان دفع یون کلر بر حسب pH برای محلول 001/0 مولار کلرید سدیم (فشار 4 بار) 98شکل شماره 4-13- میزان دفع یون کلر بر حسب pH برای محلول 01/0 مولار کلرید سدیم (فشار 4 بار) 99شکل شماره 4-14- میزان دفع یون کلر بر حسب pH برای محلول 1/0 مولار کلرید سدیم (فشار 4 بار) 99شکل شماره 4-15- میزان دفع یون کلر بر حسب pH برای فشارهای مختلف 4، 7 و 10 بار (غلظت 001/0 مولار) 100فصل اول1- کليات و مباحث نظري 1-1-مقدمهمیعانات گازی[1] مایعهای هیدروکربنی از ترکیبات نفت خام خیلی سبک هستند که در پی تغییرات فشار و دما در گاز تولیدی از میدانهای گازی، پس از انتقال به جداکنندههای سطحی حاصل میشوند. میعانات گازی به طور معمول از مایعات بیرنگ تا مایعات با رنگ روشن با تهرنگهایی از قرمز، سبز یا آبی درجهبندی میشوند. میعانات گازی AIP°بالایی در محدوده 40 تا 60 دارند و از نظر تجاری بسیار ارزشمند هستند[1].منطقه خاورمیانه به عنوان یکی از قطبهای تولید میعانات گازی در جهان به شمار میآید، که بیشترین سهم در این زمینه از آن ایران و قطر است. میعانات گازی یکی از منابع مهم برای تولید بنزین و سوختهای میان تقطیر است. همچنین بر اساس اصل یکصد و بیست و هفتم قانون جمهوری اسلامی ایران در مورد نحوه اجرای قانون توسعه حمل و نقل عمومی و مدیریت مصرف سوخت - مصوب سال 1386 – وزارت نفت مکلف به اجرای سریعتر طرح تولید بنزین از میعانات گازی شد. بنابراین با توجه به شرایط کنونی کشور تولید بیشتر بنزین به عنوان یکی از مهمترین دغدغههای کشور مطرح است. از طرفی واحدهایی که از میعانات گازی به عنوان خوراک استفاده میکنند دارای راکتورها و کاتالیستهایی هستند که به علت وجود یون کلر دچار مسمومیت و خوردگی میشوند. در نتیجه مسمومیت کاتالیستها و خوردگی دستگاهها کارایی و بازده کاهش و هزینهها افزایش مییابد. روشهای مختلفی از جمله تثبیت pH و ایجاد فیلم بازدارندههای خوردگی[2]و پوششهای مقاوم در برابر خوردگی[3] برای کاهش خوردگی انجام گرفته است. اما این روشها فقط مقاومت در برابر خوردگی را افزایش میدهند و یونهای خورنده کلر را از میعانات حذف نمیکنند. یکی از بهترین روشها برای کاهش یون کلر در میعانات گازی استفاده از غشاهای سرامیکی نانوفیلتراسیون[2] است.غشاهای سرامیکی نانوفیلتراسیون به دلیل ویژگیهای مکانیکی، شیمیایی و دمایی مناسب به عنوان یکی از ابزارهای موفق برای جداسازی مطرح هستند. بنابراین هدف از انجام این پایان نامه جداسازی یون کلر با استفاده از غشاهای نانوفیلتزاسیون آلومینا-تیتانیا است. برای این کار ابتدا با استفاده از روشهای پرس کردن، سل-ژل و غوطهوری غشاهای دولایه ساخته شد. سپس با استفاده از دستگاههای فیلتراسیون غشایی عملکرد این غشاها به منظور جداسازی یون کلر در دمای محیط مورد بررسی قرار گرفت. همچنین اثر پارامترهای مختلف pH، غلظت و فشار نیز بررسی شد.