جداسازی سموم آب با نانوفیلترهای سلولزی در کرمانشاه

پژوهشگران ایرانی موفق به ساخت و اصلاح عملکرد غشاء نانوفیلتر سلولز استات جهت جداسازی سموم نیتروآروماتیکی از آب شدند. فرآیندهای غشایی (بخصوص نانوفیلتراسیون) به علت دارا بودن مزایایی مانند کارایی بالا در تصفیه آب و پساب و استفاده مجدد از آب‌های آلوده، بازده بالاتری در جداسازی، سادگی عملیات، عدم استفاده از مواد شیمیایی و صرف هزینه کمتر به عنوان راهکاری مفید در این طرح بکار گرفته شده است.

نانوفیلترها که دسته‌ای از غشاءها (membranes) هستند توانایی جداسازی ذرات در اندازه نانومتر را دارا هستند وکاربردهای فراوانی در علوم و صنایع دارند که از آن جمله می‌توان به تصفیه آب، پساب (شهری و صنعتی)، انواع صنایع شیمیایی، غذایی، داروسازی و … اشاره نمود.

پلیمر سلولز استات به علت آبدوستی بالا، مقاومت خوب در برابر حلال‌ها و همچنین هزینه پایین، یکی از انتخاب‌های محققین برای ساخت غشاءهای نانوفیلتر است. با این وجود، غشاءهای ساخته شده از این پلیمر، نسبتا متراکم و دارای لایه سطحی با ضخامت بالا است که این امر منجر به کاهش نسبتا زیاد فلاکس عبوری و نیز کاهش عملکرد کلی غشاء نانوفیلتر می‌گردد. به همین علت، محققین این طرح اهداف خود را در راستای بهبود ساختار نانوفیلترهای سلولز استات و بهبود عملکرد آن‌ها با استفاده از سورفکتانت آنیونی سدیم دودسیل سولفات (SDS) جهت جداسازی سموم نیروآروماتیکی از آب تحت شرایط عملیاتی مختلف و ارتقاء سطح عملکرد انتخاب کردند.

دکتر نگین قائمی، عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی کرمانشاه، درباره‌ی این تحقیقات گفت: «در این تحقیق، ابتدا غشاء نانوفیلتر سلولز استات با استفاده از روش جدایش فازی ساخته شد و سپس جهت اصلاح ساختار و خواص آن، از سورفکتانت آنیونی سدیم دودسیل سولفات (SDS) در غلظت‌های مختلف استفاده گردید. پس از ساخت و اصلاح، تجهیزات خاص ارزیابی نظیر انواع میکروسکوپ‌ها جهت بررسی مورفولوژی و ساختار و آزمایش‌هایی جهت بررسی آبدوستی و بار سطحی نانوفیلترها مورد استفاده قرار گرفت. در انتها، دو پارامتر مهم، فلاکس و درصد پسدهی سموم نیتروآروماتیکی تحت شرایط محیطی مختلف، جهت ارزیابی عملکرد نهایی نانوفیلترها مورد بررسی قرار گرفتند.»

از ویژگی‌های این طرح، می‌توان به استفاده از سورفکتانت آنیونی سدیم دودسیل سولفات (SDS) به عنوان ادیتیو اصلاح کننده، اشاره کرد که علاوه بر کاهش اندازه حفرات نانوفیلتر (اصلاح خواص مورفولوژیکی و ساختاری) و افزایش بار در راستای افزایش دافعه ذرات از سطح نانوفیلتر (خواص شیمیایی)، باعث تغییر چشمگیری در جذب سطحی مواد بر سطح نانوفیلتر در راستای بهبود جداسازی ذرات، شده است.

وی در این باره توضیح داد: «طی ساخت و اصلاح نانوفیلتر در راستای رسیدن به جدایش بهینه دریافتیم که صرفنظر از قیاس ابعاد حل شونده و نانوفیلتر، دافعه بار بین نانوفیلتر و حل شونده پس از اصلاح فیلتر اولیه افزایش یافته و در نتیجه عملکرد فیلتر در جداسازی سموم بهبود یافته است. از طرف دیگر، با توجه به آنالیزهای انجام شده و بررسی اندازه حفرات سطح فیلتر ساخته شده مشخص شد که اندازه حفره‌های نانوفیلتر پس از اصلاحات انجام شده بر روی آن، به مقادیر کمتری نسبت به فیلتر اولیه (کمتر از ۹ نانومتر) کاهش یافته است.»

در ادامه دکتر قائمی درباره‌ی نتایج این کار تحقیقاتی ابراز داشت: «در این پژوهش بر اساس تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، از سطح مقطع عرضی نانوفیلترها و بعد از اعمال اصلاحات، افزایش قابل توجهی در تخلخل و کاهش در ضخامت لایه سطحی نانوفیلترها به خوبی مشاهده شد. این تغییرات همراه با افزایش مطلوب آبدوستی و بار سطحی نانوفیلترها، منجر به افزایش توامان دو پارامتر فلاکس عبوری از غشاء و پسدهی سموم شده است. سموم نیتروآروماتیکی استفاده شده در این پژوهش با توجه به ثابت تفکیک اسیدی خود در محیط‌هایی با اسیدیته گوناگون، رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند و از طرف دیگر بار سطحی نانوفیلترهای ساخته شده نیز بسته به شرایط محلول آزمایش تغییر می‌کند و در شرایطی وابسته به اسیدیته محلول که برایند برهم کنش بین بار سطح نانوفیلتر و سموم از نوع دافعه بوده، افزایش پسدهی ذرات و ارتقاء عملکرد جداسازی قابل مشاهده است.»

نتایج این کار تحقیقاتی که توسط دکتر نگین قائمی و همکاران وی از دانشگاه رازی کرمانشاه تحت راهنمایی دکتر سید سیاوش مدائنی صورت گرفته است، در مجله Desalination (جلد ۲۹۰، ۳۰ مارچ ۲۰۱۲) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن مقاله را در صفحات ۹۹ الی ۱۰۶ همین شماره مشاهده نمایند.