متن کامل خبر


 
جلسه دفاع از پایان‌نامه: آقای حمید کاظم زاده: گروه مهندسی فرایند

خلاصه خبر: جداسازی یون لیتیم با استفاده از غشای مایع شامل پلیمری/ نانو چارچوب فلزی آلی

  • عنوان: جداسازی یون لیتیم با استفاده از غشای مایع شامل پلیمری/ نانو چارچوب فلزی آلی
  • ارائه‌کننده: حمید کاظم زاده
  • استاد راهنما: دکتر جعفر توفیقی داریان، جواد کریمی ثابت
  • استاد ناظر داخلی اول: دکتر سید سعید حسینی
  • استاد ناظر خارجی اول: دکتر امیر چرخی (پژوهشگاه علوم و فنون هسته¬ای)
  • استاد مشاور اول: -
  • مکان: دانشکده مهندسی شیمی، اتاق 116
  • تاریخ: 17/06/1397
  • ساعت: 10:00

چکیدهدر این پژوهش یون لیتیم با استفاده از فناوری غشایی، از محیط آبی در حضور کاتیون¬های دیگر جداسازی شد. غشای استفاده-شده در این مطالعه، از نوع غشای شامل پلیمری (PIM) بود که به¬همراه چارچوب آلی-فلزی از نوع ZIF-8 به¬روش ریخته¬گری تهیه¬شد. پلیمر پایه غشای اصلی بوسیله پلی¬ال سبز (GPO) تهیه و عملکرد آن در شار و انتخاب¬پذیری غشا با پلیمرهای سلولز استات (CA)، PVDF و PVC مقایسه¬شد. GPO به دلیل داشتن ماهیت آبگریز و همچنین داشتن انعطاف¬پذیری بیشتر نسبت به دیگر پلیمرها، گزینه مناسبی برای جداسازی یون در محیط آبی است. در این غشا از مایع یونی 1-بوتیل3-متیل ایمیدازولیوم کلراید (BMIMCl) به عنوان محیطی برای حرکت کمپلکس یون/حامل و از اتر تاجی 12-کرون-4 (12C4) به عنوان حامل یون استفاده¬شد. به¬منظور تعیین مشخصات ZIF-8، نانوذرات تحت آنالیزهای XRD، FTIR، FESEM، BET و TGA قرار گرفت که نتایج آنالیزها حاکی از سنتز مطلوب این نانوذرات بود. نتایج آنالیز XRD نشان¬دهنده تشکیل بلورهای نانوذرات ZIF-8 است. نتایج حاصل از آزمون BET، متوسط قطر حفرات را در حدود Å 2/13 نشان داد. همچنین نمونه¬هایی به¬منظور بررسی غشاهای ساخته¬شده، تحت آنالیزهای AFM، SEM، FTIR، XRD، TGA، زاویه تماس آب و محتوای آب قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون AFM نشان¬دهنده افزایش نسبی زبری سطح با افزودن مایع یونی و افزایش قابل¬ملاحظه¬ای در زبری سطح با افزودن ذرات ZIF-8 است. آنالیز XRD نشان¬دهنده ساختار کاملا آمورف پلیمر پایه غشا است. ترکیب درصدهای مختلف از مواد تشکیل دهنده غشا مورد بررسی قرار گرفت؛ به این منظور ابتدا نسبت وزنی مایع یونی به پلیمر از 0 تا 2 بررسی و میزان بهینه آن (5/1) برای بررسی¬های بعدی که بهینه¬کردن درصد اترتاجی است استفاده¬شد. غشا با نسبت وزنی مایع یونی به پلیمر برابر 5/1 میزان فلاکس لیتیم (10-3mmol.cm-2.h-1) را از حدود 0 به 11/3 رساند. نسبت وزنی اتر تاجی به پلیمر از میزان 0 تا 1 بررسی و میزان بهینه آن 75/0 انتخاب شد. با افزودن اترتاجی، شار (10-3mmol.cm-2.h-1) به میزان قابل توجهی افزایش یافت و در شرایط بهینه به میزان 7/45 رسید. غشای حاوی 1 گرم پلیمر، 5/1 گرم مایع یونی و 75/0 گرم اترتاجی با درصدهای مختلف MOF از 0 تا 20 درصد وزنی بررسی و میزان بهینه آن 15 درصد ZIF-8 بدست آمد. چارچوب آلی-فلزی از نوع ZIF-8 با داشتن تخلخل-های منظم، مسیر حرکت مناسبی برای کمپلکس حامل/یون ایجاد می¬کند که باعث افزایش چشمگیر شار یون لیتیم در غشا می-شود. در حالت بهینه، با افزودن 15 درصد وزنی از چارچوب آلی-فلزی به غشا، میزان شار عبوری لیتیم (10-3mmol.cm-2.h-1) به حدود 63 رسید. همچنین تاثیر ذرات MOF به دلیل بار مثبتی که دارند برای ایجاد انتخاب¬پذیری بهتر غشا قابل ملاحظه بود، به این صورت که با افزودن نانوذرات ZIF-8، گزینش¬پذیری لیتیم نسبت به سدیم از 1/70 به 72/90 و گزینش¬پذیری لیتیم نسبت به کلسیم از حدود 15/806 به حدود 3/898 رسید که بیانگر عملکرد مثبت بار سطحی غشا است. همچنین براساس مقایسه بین عملکرد غشاهای سنتز شده با پلیمرهای مختلف در عدم حضور MOF، شار عبوری یون لیتیم از غشای PVDF برابر با 2/47، برای غشای PVC برابر 3/44 و برای غشای سلولز استات برابر با 5/23 بود.
کلمات کلیدییون لیتیم، جداسازی غشایی، PIM، مایع یونی، اتر تاجی، چارچوب آلی-فلزی

17 شهریور 1397 / تعداد نمایش : 719