گروهی از محققان دانشگاه صنعتی بابل موفق به ساخت غشاهای نانوفیلتراسیون پلی سولفونی‌ای شدند که قابلیت عملکرد مناسب و پایداری بالا در محیط‌های غیر آبی را دارند.
ساخت غشاهای نانوفیلتراسیون با پایداری بالا در محیط غیر آبی
گروهی از محققان دانشگاه صنعتی بابل موفق به ساخت غشاهای نانوفیلتراسیون پلی سولفونی‌ای شدند که قابلیت عملکرد مناسب و پایداری بالا در محیط‌های غیر آبی را دارند. این نوع غشاها می‌تواند در صنایع غذایی، صنایع شیمیایی، صنایع چوب و کاغذ، صنایع دارویی، صنایع نفتی و پتروشیمی و غیره کاربرد داشته باشد.
فرآیندهای تولید سوخت بیودیزل (جایگزین گازوییل) در تقریباً تمامی کشورهای صنعتی مشابه است و فقط درجزییات خاصی تغییر می‌کند. تفاوت عمده‌ای که موجب بروز نقاط ضعف یا قوت عمده بین این واحدها میشود، در بخش پایین دستی فرایند تولید یعنی تخلیص و جداسازی بیودیزل است که بهطور قابل ملاحظه‌ای برروی کیفیت و هزینه تمام شده بیودیزل موثر است. بر این اساس، سنتز غشاهای نانوفیلتراسیون مقاوم در برابر حلال در مقیاس نیمه‌صنعتی به کمک فناوری نانو جهت تخلیص بیودیزل نه تنها الزامات زیست‌محیطی را برآورده خواهد نمود بلکه در کاهش قیمت پایه بیودیزل به شدت موثر است.
دکتر مجید پیروی، عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی بابل، با بیان هدف این تحقیقات، گفت: «هدف از انجام کار مقاوم ساختن غشای نانوفیلتراسیون کامپوزیتی لایه نازک با استفاده از ترکیبات غیر خطی (کوپلیمرهای سولفونی) به عنوان افزودنی برای بهبود مواد سازنده غشا بر مبنای حضور گروه‌های حجیم غیرهم‌صفحه در ساختار پلی سولفون است. به‌علاوه حضور گروه‌هایی مانند اتر، سولفید، سولفوکساید در ساختار کوپلیمر سولفونی نه‌تنها موقعیت مکان‌های اتصال عرضی دهنده را افزایش داده بلکه سبب بهبود فرایندپذیری، مقاومت شیمیایی و حرارتی مواد سازنده غشا نیز می‌گردد.»
پیشرفت‌های اخیر در فناوری غشایی و توسعه غشاهای نانوفیلتراسیون پلیمری سبب بهبود ریز ساختار غشاها و عملکرد مناسب فرایند نانوفیلتراسیون در محیط‌های آلی شده است. سازگاری غشاهای پلیمری در فیلتراسیون گستره وسیعی از حلال‌های آلی به جهت عدم حفظ مشخصه‌های ساختاری در اثر تورم یا تخریب، از جمله چالش‌های متداول فناوری غشایی محسوب میشود. در میان گستره پلیمرهای مورد استفاده در ساخت غشا، خانواده پلیمرهای سولفونی (نظیر پلی سولفون (PSf) و پلی اتر سولفون (PES) به سبب دمای انتقال شیشه‌ای بالا (ºC 220 Tg ~) ، پایداری حرارتی و استحکام مکانیکی مطلوب، توانایی تشکیل فیلم، دسترس بودن و هزینه پایین گزینه‌ای مناسب جهت ساخت غشاهای نانوفیلتراسیون در محیط آبی محسوب میشود. این پلیمرها ترکیباتی ترموپلاستیک آمورف بوده که از واحدهای تکرارشونده آروماتیکی (فنیلن) متصل به گروه‌های سولفون، ایزوپروپیلیدن تشکیل شده‌اند. به سبب حضور گروه‌های سولفونی در واحد تکرار، جذب آب و آبدوستی PSf نسبتاً بالا بوده و مقاومت کمتری نسبت به هیدرولیز از خود نشان می‌‌دهد. در نتیجه به راحتی متورم شده و مقاومت شیمیایی پایین تری در شرایط ناملایم و فرایندهای شستشو از خود نشان می‌‌دهد.
وی در تکمیل توضیحات فوق، افزود: « به منظور دستیابی به PSf پایدارتر می‌‌توان از روش اصلاح توده‌ای جهت بهبود ریزساختار غشا استفاده نمود. یکی از روش‌های متداول اصلاح توده ترکیب پلیمر با ترکیبات بهبودیافته است. مشارکت کوپلیمرهای آروماتیکی سخت با زنجیره‌های پلی سولفونی از جمله روش‌های موثر جهت بهبود پایداری شیمیایی و استحکام مکانیکی و حرارتی PSf محسوب میشود. بر این اساس، تحقیق حاضر به تقویت غشای پایه اولترافیلتراسیون پلی سولفونی با استفاده از ترکیب با کوپلیمرهای مقاوم پرداخته است. جهت مقاوم ساختن غشای نانوفیلتراسیون کامپوزیتی لایه نازک، نخست ساختار پایه نگهدارنده پلی سولفونی به روش اصلاح توده‌ای با پلیمرهای مقاوم پلی سولفونی، تقویت شده سپس لایه پلی ایمیدی PEI به روش پلیمریزاسیون بین سطحی بر روی آن تشکیل شده است. و درنهایت میزان پایداری پایه نگهدارنده و تأثیر کوپلیمرهای مقاوم بر روی عملکرد غشاهای مقاوم به حلال ساخته شده در سیستم آلی- آلی بررسی شده است.»
ساختار غشای کامپوزیتی لایه نازک و بهبود پایداری پایه نگهدارنده پلی‌سولفون از کوپلیمر مقاوم پلی سولفونی صورت گرفته و نتایج حاصل بهطور خلاصه در ذیل فهرست شده است:
۱- اصلاح توده‌ای ساختار غشای پایه پلی‌سولفون به روش ترکیب با کوپلیمرهای مقاوم در فرایند تغییر فاز.
۲- تغییر ساختار غشاهای پایه پلی‌سولفون تقویت‌شده از ریخت‌شناسی انگشت مانند به نوع اسفنجی.
۳- افزایش پایدرای حرارتی و شیمیایی غشاهای پلی‌سولفون تقویت شده و بررسی مکانسیم پایداری.
۴- اتصال عرضی لایه پلی اتیلن ایمین از طریق فرایند پلیمریزاسیون بین‌سطحی با ایزوفتالویل کلراید و تشکیل لایه رویی کوپلی‌آمیدی.
۵- کاهش میزان شار عبوری از غشاهای نانوفیلتراسیون کامپوزیتی لایه‌نازک تقویت شده نسبت به تقویت نشده.
۶- عملکرد مناسب غشاهای نانوفیلتراسیون مقاوم به حلال کامپوزیتی لایه نازک درحلال‌های آلی.
۷- افزایش میزان پسزنی اجزای حل‌شونده در غشاهای نانوفیلتراسیون کامپوزیتی لایه‌نازک تقویت‌شده نسبت به تقویت‌نشده.
به گفته پیروی غشاهای نانوفیلتراسیون تجاری عموما جهت جداسازی جز حل شونده از فاز زمینه آبی استفاده می‌شوند که این امر خود سبب محدود شدن کاربرد این غشاها به تصفیه آب و پساب‌های آبی شده است. نظر به اینکه در بسیاری از موارد، نیاز است تا جز مورد نظر از محلول غیر آبی جدا گردد، غشاهای نانوفیلتراسیون متداول به سبب پایداری شیمیایی و حرارتی پایین در مقابل حلال‌های غیر آبی دیگر کاربرد نداشته و استفاده از آن را با محدودیت همراه می‌‌سازد. غشاهای نانوفیلتراسیون مقاوم در برابر حلال نسل جدیدی از غشاهای نانوفیلتراسیونی بوده که علاوه‌بر پایداری شیمیایی و حرارتی بالا، از کلیه مزایای غشاهای نانوفیلتراسیونی در زمینه تخلیص و فرایندهای جداسازی برخوردار است.
نتایج این کار تحقیقاتی که به دست دکتر مجید پیروی، دکتر محسن جهانشاهی (عضو هیئت علمی، رئیس پژوهشکده فناوری نانو) و دکتر احمد رحیم‌پور (عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی شیمی و رئیس گروه نانوغشا پژوهشکده فناوری نانو) از دانشگاه صنعتی بابل صورت گرفته است، در مجله Journal of Membrane Science (جلد ۴۲۳-۴۲۴، ۱۵ دسامبر سال ۲۰۱۳، صفحات ۲۲۵ الی ۲۳۷) منتشرشده است.
