محققان دانشگاه کاشان در تحقیقات خود موفق به ساخت غشاهای نانوفیلتراسیونی شده‌اند که می‌توانند بازده تصفیه‌ی آب و پساب صنعتی را افزایش دهند. این غشاها نسبت به نمونه‌های تجاری، کمتر دچار گرفتگی می‌شوند که خود سبب کاهش هزینه‌ی فرآیند خواهد بود. این تحقیقات در
کاشان: طراحی آزمایشگاهی غشاهای نانوفیلتراسیون با راندمان بالا در تصفیه‌ی پساب
به دلیل صنعتی شدن سریع و ظهور فناوری‌های نو در توسعه‌ی کشورها، در حال حاضر، آلودگی آب و پساب‌های صنعتی به یکی از تهدیدهای اصلی برای محیط زیست، سلامتی انسان و اقتصاد تبدیل شده است. در جهان، از روش‌های مختلفی برای تصفیه‌ی پساب‌ها و جداسازی آلاینده‌های سمی از آب استفاده شده است. یکی از آسان‌ترین و کم هزینه‌ترین این روش‌ها، فرآیندهای غشایی مانند اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس است.
به گفته‌ی آرش یونس‌نیا لهی، در این کار تحقیقاتی سعی شده است غشاهایی با کارایی بهتر برای فرآیند نانوفیلتراسیون در تصفیه‌ی آب و پساب‌های صنایع نساجی تهیه گردد.
وی در خصوص اهمیت بهبود عملکرد این گونه غشاها گفت: «متأسفانه، بیشتر غشاهای تجاری متداول در صنعت بر روی سطح خود دارای بار منفی هستند. لذا به کمک آنها نمی‌توان کاتیون‌های مضر یا رنگ‌های دارای بار مثبت را از آب و پساب نساجی حذف نمود. همچنین، تمام فرآیندهای غشایی دارای مشکل گرفتگی غشاء هستند. این موضوع سبب می‌شود عملکرد و بازده فرآیند نانوفیلتراسیون کاهش پیدا کرده و هزینه‌ی مصرفی را افزایش یابد.»
طبق نتایج آزمایش‌های صورت گرفته، به کمک غشاهای نانوفیلتراسیون طراحی شده توسط این محققان، میزان شار آب خالص عبوری از این غشاها افزایش و میزان گرفتگی آن کاهش یافته است. این بدان معنی است که میزان بازده آب تصفیه شده‌ی خروجی بیشتر بوده و سبب کاهش هزینه فرآیندی می‌شود.
به گفته‌ی یونس‌نیا لهی، نمونه‌های غشای نانوفیلتراسیون سنتز شده دارای بار مثبت سطحی هستند. برای دستیابی به این ویژگی، در ساختار این غشاها از نانوساختارهای سلسله مراتبی منیزیم هیدروکسید استفاده شده است. این نانوساختارها علاوه بر ایجاد مراکز بار مثبت زیاد و بزرگ، خصوصیات دیگری را از جمله کمک در تشکیل بهتر غشای نانوفیلتراسیون، زیست‌سازگاری، آب‌دوستی بالا و شار و احتباس بالاتر به غشاهای مورد استفاده در فرآیند نانوفیلتراسیون داده است. غشاهای نانوفیلتراسیون سنتز شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، زاویه تماس، تعیین زتا پتانسیل، مقدار احتباس نمک‌های معدنی و یک رنگ صنعتی کاتیونی مورد استفاده در رنگرزی الیاف اکریلیک مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند.
لازم به ذکر است که کار غشاها در فرآیند نانوفیلتراسیون، جداسازی ترکیب مورد نظر از محلول اصلی بر اساس دو مکانیسم غربالگری (اندازه حفرات) و دافعه‌ی یونی (بار سطحی) است. لذا اگر بار سطحی غشاها منفی بوده و برای جداسازی ترکیبات مثبت مورد استفاده قرار گیرند، مقدار بسیار زیادی از این ترکیبات به سطح غشاء چسبیده و گرفتگی غشایی را بسیار افزایش می‌دهد.
از آنجا که در مرحله‌ی آزمایشگاهی، غشاهای نانوفیلتراسیون سنتز شده دارای درصد احتباس بالای کاتیون و کمترین میزان گرفتگی غشایی بوده است؛ لذا با تکمیل مطالعات و دستیابی به تولید انبوه می‌توان به استفاده از این غشاها در تصفیه‌ی آب و پساب صنایع مختلف از جمله صنعت نساجی امید داشت.
دکتر احمد اکبری-عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان، آرش یونس‌نیا لهی-دانشجوی دکترای علوم و فناوری نانو و حسن جهانگیری-کارشناسی ارشد شیمی تجزیه از این دانشگاه در انجام این طرح همکاری داشته‌اند. نتایج این کار در مجله‌ی Desalination (جلد ۳۷۵، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۱۶ تا ۱۲۰) به چاپ رسیده است.
به گفته‌ی آرش یونس‌نیا لهی، در این کار تحقیقاتی سعی شده است غشاهایی با کارایی بهتر برای فرآیند نانوفیلتراسیون در تصفیه‌ی آب و پساب‌های صنایع نساجی تهیه گردد.
وی در خصوص اهمیت بهبود عملکرد این گونه غشاها گفت: «متأسفانه، بیشتر غشاهای تجاری متداول در صنعت بر روی سطح خود دارای بار منفی هستند. لذا به کمک آنها نمی‌توان کاتیون‌های مضر یا رنگ‌های دارای بار مثبت را از آب و پساب نساجی حذف نمود. همچنین، تمام فرآیندهای غشایی دارای مشکل گرفتگی غشاء هستند. این موضوع سبب می‌شود عملکرد و بازده فرآیند نانوفیلتراسیون کاهش پیدا کرده و هزینه‌ی مصرفی را افزایش یابد.»
طبق نتایج آزمایش‌های صورت گرفته، به کمک غشاهای نانوفیلتراسیون طراحی شده توسط این محققان، میزان شار آب خالص عبوری از این غشاها افزایش و میزان گرفتگی آن کاهش یافته است. این بدان معنی است که میزان بازده آب تصفیه شده‌ی خروجی بیشتر بوده و سبب کاهش هزینه فرآیندی می‌شود.
به گفته‌ی یونس‌نیا لهی، نمونه‌های غشای نانوفیلتراسیون سنتز شده دارای بار مثبت سطحی هستند. برای دستیابی به این ویژگی، در ساختار این غشاها از نانوساختارهای سلسله مراتبی منیزیم هیدروکسید استفاده شده است. این نانوساختارها علاوه بر ایجاد مراکز بار مثبت زیاد و بزرگ، خصوصیات دیگری را از جمله کمک در تشکیل بهتر غشای نانوفیلتراسیون، زیست‌سازگاری، آب‌دوستی بالا و شار و احتباس بالاتر به غشاهای مورد استفاده در فرآیند نانوفیلتراسیون داده است. غشاهای نانوفیلتراسیون سنتز شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، زاویه تماس، تعیین زتا پتانسیل، مقدار احتباس نمک‌های معدنی و یک رنگ صنعتی کاتیونی مورد استفاده در رنگرزی الیاف اکریلیک مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند.
لازم به ذکر است که کار غشاها در فرآیند نانوفیلتراسیون، جداسازی ترکیب مورد نظر از محلول اصلی بر اساس دو مکانیسم غربالگری (اندازه حفرات) و دافعه‌ی یونی (بار سطحی) است. لذا اگر بار سطحی غشاها منفی بوده و برای جداسازی ترکیبات مثبت مورد استفاده قرار گیرند، مقدار بسیار زیادی از این ترکیبات به سطح غشاء چسبیده و گرفتگی غشایی را بسیار افزایش می‌دهد.
از آنجا که در مرحله‌ی آزمایشگاهی، غشاهای نانوفیلتراسیون سنتز شده دارای درصد احتباس بالای کاتیون و کمترین میزان گرفتگی غشایی بوده است؛ لذا با تکمیل مطالعات و دستیابی به تولید انبوه می‌توان به استفاده از این غشاها در تصفیه‌ی آب و پساب صنایع مختلف از جمله صنعت نساجی امید داشت.
دکتر احمد اکبری-عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان، آرش یونس‌نیا لهی-دانشجوی دکترای علوم و فناوری نانو و حسن جهانگیری-کارشناسی ارشد شیمی تجزیه از این دانشگاه در انجام این طرح همکاری داشته‌اند. نتایج این کار در مجله‌ی Desalination (جلد ۳۷۵، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۱۶ تا ۱۲۰) به چاپ رسیده است.
