پيش بيني عملكرد غشاي فراصافش برپايه گرانروي محلول بسپاري

Prediction of ultrafiltration membrane performance based on viscosity of polymer solutions

يكي از مهم­ترين عوامل تأثيرگذار در تشكيل غشا به روش جدايش فازي، گرانروي محلول بسپاري است. در اين پژوهش، با هدف ارايه راهكاري براي پيش­بيني عملكرد غشاهاي بسپاري، تاثير دماي محلول و سرعت ريخته گري بر گرانروي محلول پلي(وينيليدن فلوريد) (PVDF) بررسي شده است. بدين منظور، گرانروي محلولPVDF/DMAc با افزودني­ هاي LiCl و پلي(اتيلن گليكول) (PEG) در گستره دمايي 10 تا °C 50 در فشار اتمسفر با شارش سنج دقيق اندازهگيري شد. عملكرد غشاهاي فراصافش PVDF با تركيب درصد (3 درصد وزني از PEG و 7 درصد وزني از LiCl) ارزيابي و مدلي تجربي با روش سطح پاسخ و طرح مركب مركزي براي پيش­بيني مقدار شار و پس زني غشا برپايه دو متغير دماي محلول و سرعت ريخته گري، ارايه شده است. براي تعيين ويژگي­هاي غشاهاي ساختهشده از روش هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FESEM)، شار آب خالص و پس زني غشا، استفاده شد. نتايج حاكي از سازگاري خوب مدل با داده­ هاي تجربي است. برپايه نتايج طراحي آزمايش، سرعت ريخته گري برابر با m/min 1/2 و دماي محلول بسپاري برابر با °C 50، شرايط بهينه­ به منظور دستيابي به غشايي با بالاترين مقدار شار آب و پس زني است.

One of the most important factors affecting membrane formation via phase inversion method is the viscosity of the polymer solution. In this research, with the aim of providing a solution to predict the performance of polymeric membranes based on viscosity data, the influence of dope solution temperature and casting speed on the viscosity of PVDF solution were investigated. For this purpose, the viscosity of PVDF/DMAc solution with LiCl and PEG additives was measured at the temperature range of 10-50 °C and atmospheric pressure with a precise rheometer. The performance of PVDF ultrafiltration membrane with composition of PEG 3 wt. % and LiCl 7 wt. % was evaluated and an empirical model using response surface methodology and central composite design was developed to predict membrane permeability and rejection based on viscosity data and two variables of solution temperature and casting speed. Scanning electron microscopy, pure water permeability and membrane rejection tests were used to characterize the membranes. The results show that the model is in good agreement with the experimental data and based on the results, the casting speed of 1.2 m/min and the temperature of the polymer solution at 50 °C are the optimum conditions for membrane fabrication to obtain the membrane with maximum flux and rejection.