فرضیه: در سال های اخیر با توجه به کاهش منابع انرژی در دسترس، پیشرفت های شایان توجهی در زمینه مطالعه پیل های سوختی و به ویژه سلول های دارای متانول به عنوان منابع تأمین انرژی حاصل شده است. غشای الکترولیتی از اجزای مهم سلول های سوختی به شمار می آید که نقش انتقال پروتون و به دام انداختن متانول را ایفا می کند. غشای الکترولیتی باید پایداری شیمیایی و الکتروشیمیایی و نیز مقاومت مکانیکی زیادی را در شرایط عملیاتی داشته باشد. همچنین، رسانندگی پروتون زیاد برای عملکرد بهتر غشای پیل سوختی لازم است. روش ها: در این پژوهش، غشاهای جدید نانوکامپوزیتی به عنوان الکترولیت برای کاربرد در سلول های سوختی تهیه شدند. بدین منظور، دو نوع غشا شامل پلی اترسولفون سولفون دارشده (SPES) و آمیخته آن با پلی یورتان (PU) به عنوان غشاهای پایه انتخاب شدند. ابتدا، پلی اتر سولفون با استفاده از سولفونیک اسید، سولفون دار و با PU و(SPES/PU) آمیخته شد. سپس، نانوذرات سیلیکا با درصد های وزنی متفاوت (3، 5 و %8 وزنی) به غشای آمیخته ای (SPES/PU/SiO2) اضافه شدند. خواص غشاهای تهیه شده با آزمون های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، پراش پرتو X، گرماوزن سنجی، جذب آب و متانول، اندازه گیری رسانندگی پروتون و میکروسکوپی الکترونی پویشی بررسی شد. یافته ها: نتایج توزیع مناسب PU را در غشاهای تهیه شده نشان داد که دلیل آن تشکیل پیوندهای هیدروژنی میان گروه های قطبی SPES و PU بوده است. از این رو، رسانندگی غشاهای آمیخته ای با سازوکار افزایش قطبیت نسبت به نمونه های خالص بدون افزایش شدید در جذب آب و متانول، %74 افزایش یافت. همچنین، افزودن نانوذرات سیلیکا به غشای آمیخته ای SEPS/PU و تهیه غشای نانوکامپوزیتی SPES/PU/SiO2، موجب تشکیل پیوند کووالانسی میان این ذرات با گروه های سولفونیک اسید در SPES، پیوند هیدروژنی با گروه های قطبی در SPES و PU و نیز چسبندگی بیشتر میان فازها شد. در نتیجه، شکل شناسی غشای نانوکامپوزیتی با سازوکار کاهش حفره ها و فضاهای خالی اصلاح شد. در نهایت، رسانندگی غشای نانوکامپوزیتی نسبت به نمونه خالص SPES فقط با 11 و %8 افزایش به ترتیب در جذب آب و متانول، %53. 13 افزایش یافت.

فرضیه: خالص سازی خون فرایندی است که در آن دیالیز کننده برای پاک سازی خون از مواد زاید مانند اوره به کار گرفته می شود. برای ساخت دیالیز کننده های خالص ساز خون اغلب از غشاهای بشرساخته استفاده می شود. بیشتر این پلیمرها سازگاری خوبی با خون ندارند. پوشش دهی با پلیمرهای آب دوست روش بسیار ساده و موثری است که برای افزایش خواص آب دوستی و زیست سازگاری به کار گرفته می شود. پلی دوپامین یکی از پلیمرهای زیست سازگار با گروه های عاملی کاتکولی است که تاکنون با توجه به خواص آب دوستی زیاد و چسپندگی مناسب برای پوشش دهی غشاها مورد توجه قرار گرفته است. روش ها: در این پژوهش، برای اولین بار سطح داخلی غشاهای الیاف توخالی پوشش دهی شد. پوشش دهی غشای پلی سولفون با تزریق محلول پلی دوپامین انجام شد. خواص ساختاری و تراوایی غشای عمل آوری شده با این روش با غشای عمل آوری نشده و غشایی که سطح بیرونی آن با محلول پلی دوپامین پوشش دهی شده مقایسه شد. یافته ها: تغییر معنی داری در تراوایی هیدرولیکی و اندازه منافذ غشاهای الیاف توخالی پس از عمل آوری های انجام شده با سطح اطمینان %95 دیده نشد. همچنین مطالعات با روش های میکروسکوپی الکترونی پویشی و طیف نمایی پراش انرژی پرتو X روی سطح مقطع الیاف توخالی پیش و پس از عمل آوری انجام شد. نتایج طیف نمایی پراش انرژی پرتو X نشان می دهد، مقدار عنصر اکسیژن سطح درونی الیاف توخالی که در عمل آوری های داخلی قرار گرفته به طور محسوسی افزایش یافته است. بررسی آماری نتایج استحکام غشاهای عمل آوری شده نشان می دهد، استحکام غشای عمل آوری شده با روش تزریقی در مقایسه با غشای عمل آوری نشده و عمل آوری شده در سطح بیرونی، افزایش معنی دار را با سطح اطمینان %95 نشان می دهد.

فرضیه: در این پژوهش، اصلاح غشای فرافیلتری پلی وینیل کلرید (PVC) انجام و از غشای اصلاح شده در فرایند فرافیلترکردن جداسازی آب و روغن استفاده شد. روش ها: ابتدا، PVC با سدیم هیدروکسید هیدروکلرزدایی شد. سپس، PVC هیدروکلرزدایی شده (DHPVC) با مونومر استیرن پیوندزده شد و در مرحله آخر با سولفوریک اسید، استیرن پیوندی سولفون دار شد. افزون بر ساخت غشای بر پایه PVC و DHPVC، غشاهای فرافیلتری از پلی وینیل کلرید پیوندخورده با استیرن و نیز سولفون دارشده، با روش جدایی فاز ساخته شدند و ارزیابی غشاهای ساخته شده با آزمون های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و شار عبور آب خالص، تعیین میانگین اندازه منفذ ها، مقدار تخلخل و زاویه تماس آب انجام شد. یافته ها: وجود گروه های عاملی پیوندخورده با طیف های FTIR تایید شد. عکس های SEM نشان داد، تمام غشاها دارای منفذهای انگشتی شکل بودند و تفاوت در شکل منفذها به دلیل ناپایداری ترمودینامیکی و گرانروی محلول پلیمری بود. غشای سولفون دارشده به دلیل آب دوستی بیشتر پلیمر، افزایش چشمگیری در اندازه منفذ های غشا و شار آب خالص نسبت به سایر غشاهای نشان داد. غشای DHPVC به دلیل جداشدن کلر به عنوان عاملی آب گریز دارای کمترین زاویه تماس آب با سطح غشا بود. اما، برای سایر غشاها، تفاوت چندانی در زاویه تماس دیده نشد که می توان آن را به زبری سطح غشاها مرتبط دانست. در ادامه، آزمون های جداسازی آب و روغن به وسیله غشاها انجام شد. غشاهای اصلاح شده در جداسازی آب و روغن عملکرد خوبی را نشان دادند. همچنین گرفتگی کمتری نسبت به غشای پایه PVC داشتند. مقدار پس زنی ذرات نفت برای تمام غشاها به جز غشای سولفون دارشده %100 بود. در غشا سولفون دارشده به دلیل بزرگ تربودن اندازه منفذ و افزایش بسیار زیاد شار، مقدار پس زنی ذرات نفت کاهش یافت.

باوجود آنکه فناوری غشایی نسبت به روش های متداول جداسازی، دارای مزایایی مانند توانایی حذف بالا، انعطاف پذیری عملیات، اثربخشی بهتر در جداسازی است، ولی گرفتگی محدودیت اصلی در به کارگیری بیشتر فناوری غشایی است که دلیل اصلی آن آب-گریزی ذاتی مواد سازنده غشا است. برای غلبه بر این اشکال از غشاهای نانوچندسازه استفاده می شود. در بین فرایندهای غشایی، نانوصافش (NF) کاربردهایی در تصفیه انواع آب های زیرزمینی و سطحی، تصفیه پساب و پیش عملیات نمک زدایی دارد. از آنجا که فرایند NF در فشار پایین تری انجام می شود، از دید مصرف انرژی فرایندی بسیار با صرفه تر است. در این مقاله مروری، اصلاح غشاهای پلی سولفون/پلی اترسولفون در رابطه با عملکرد ضدگرفتگی و سازوکار کاهش گرفتگی برپایه روش های متفاوت اصلاح غشا بررسی شده است. این بررسی نشان می دهد که آب دوستی در سطح غشا پلی سولفون/پلی اترسولفون بهبود می یابد. همچنین، مطالعه ای جامع در باره ساخت غشاهای نانوچندسازه ای به دست آمده از به کارگیری نانوذرات در غشا بسپاری بستر مختلط، ویژگی و کاربرد آن ها با پرکننده های آلی (مانند گرافن و نانولوله کربنی) انجام شده است. روش های شناسایی به کارگرفته شده برای غشاهای اصلاح شده نیز موردبررسی قرارگرفته است.

هدف از تحقیق حاضر، مدل سازی و بهینه سازی پارامترهای دستگاه الکتروریسی برای تولید غشاء نانوالیافی با کاربرد در سیستم های غشایی از پلیمر پلی سولفون (PSF) با استفاده از روش سطح پاسخ می باشد. برای این منظور، تاثیر ولتاژ (18-12 کیلو ولت)، سرعت جریان محلول پلیمری (6/0– 3/0 میلی لیتر در ساعت) و فاصله بین سوزن و جمع کننده (5/17-5/10 سانتی متر) و اثر سورفکتانت غیر یونی Triton x-100 (TR-100) بر مورفولوژی و ساختار غشاء نانوالیافی مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه برای تولید نانوالیاف به این صورت می باشد: ولتاژ اعمال شده 31/16 کیلوولت، سرعت جریان محلول پلیمری 39/0 میلی لیتر در ساعت و فاصله الکتروریسی 45/15 سانتی متر. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد با افزودن سورفکتانت، قطر نانوالیاف حدود 20 درصد کاهش یافته و خواص مورفولوژیکی نانوالیاف بهبود یافته و نانوالیاف یکدست و همگن تولید گردیده است. زاویه تماس غشاءهای نانوالیافی مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج بیانگر آبگریز بودن هر دو غشاء (PSF و PSF/TR-100) می باشد.

وجود برتری­ های فراوان سامانه ­ های غشایی باعث گسترش استفاده از آن ­ ها شده است. از غشا برای جداسازی گاز نیز استفاده می­ شود. در این پژوهش، بهبود ویژگی­ های جداسازی گاز در غشای آلیاژی پلی­ آکریلونیتریل (PAN)و پلی­ سولفون(PSF) با افزودن نانو ذره­ های آلومینیوم اکسید مورد مطالعه قرار گرفته است. با افزودن پلی­ سولفون به غشای پلی ­ آکریلونیتریل، بهترین ترکیب درصد غشای آلیاژی به دست آمد و سپس روش سل ژل برای ساخت غشاهای نانو کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت. همه غشاها با استفاده از روش تبخیر حلال آماده شدند. نسبت پلیمرها در غشاهای ماتریس مخلوط به میزان ١ ٠ ٠ %PAN، ١ ٠ 0%PSF، (95%PAN-5%PSF)، (90%PAN-10%PSF)، (85%PAN-15%PSF) در نظر گرفته شد. نانو ذره­ های آلومینیوم اکسید با درصدهای وزنی 5/2، 10، 5، ١ ٥ , ٢ ٠ بر روی غشا قرار گرفت. برای بررسی غشا از آنالیزهای SEM و FT-IR استفاده شد. با افزودن نانوذره ­ های آلومینیوم اکسید به غشا به میزان 10 درصد وزنی و اندازه گیری مقدار تراوش پذیری، دیده شد که میزان تراوش پذیری این غشا برای گازهای کربن دی اکسید، اکسیژن، نیتروژن و متان به میزان به ترتیب % 146، % 159، % 166% و %54 نسبت به غشاهای بدون نانو ذره­ های آلومینیوم اکسید افزایش داشت. آزمایش ­ ها نشان داد که مقدار بهینه افزودن آلومینیوم اکسید برای بهبود ویژگی­ های غشا مقدار 10 درصد وزنی است.

رزین اپوکسی دارای خواص مکانیکی، شیمیایی، الکتریکی و گرمایی مطلوب است و در برابر خزش مقاومت نشان می دهد. با وجود این خواص، رزین اپوکسی پخت شده شکننده است و مقاومت ضربه کمی دارد. در این مطالعه به منظور رفع این مشکلات، از پلیمر گرمانرم پلی سولفون و نانوصفحه های گرافن به عنوان افزودنی تقویت کننده برای بهبود انعطاف پذیری پوشش اپوکسی استفاده شد. بنابراین، اثر افزودن درصدهای مختلف پلی سولفون (0.5، 1، 2.5 و 5%) و نانوصفحه های گرافن (%0.5) روی خواص رزین اپوکسی به وسیله آزمون های گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC)، استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه و آزمون تعیین درصد ژل بررسی شد. نتایج نشان داد، استحکام کششی رزین اپوکسی با افزودن پلی سولفون افزایش یافته است و از سوی دیگر نانوصفحه های گرافن انعطاف پذیری نمونه دارای %1 پلی سولفون را بهبود داده است. مطالعه خواص گرمایی نمونه های پخت شده با آزمون DSC تغییر دمای انتقال شیشه ای ماتریس اپوکسی را بر اثر واردشدن پلی سولفون نشان می دهد. همچنین، با افزایش نانوذرات گرافن به آمیزه دارای پلی سولفون، مدول کاهش یافت که به دلیل کاهش درصد شبکه ای شدن است. آزمون مقاومت در برابر ضربه نشان داد، نمونه دارای %1 وزنی پلی سولفون و %0.5 گرافن دارای بیشترین استحکام و مقاومت ضربه است. رزین های تهیه شده از این نوع آمیزه های رزین اپوکسی می تواند در تهیه انواع پوشش های انعطاف پذیر و مقاوم در برابر خوردگی استفاده شود.

در این پژوهش غشای ترکیبی نانوفیلتراسیون بر پایه پلی اتر سولفون (PES)/ پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) به روش وارونگی فازی تهیه گردید. از آنجا که پلیمر پلی وینیلیدن فلوراید نسبت به سایر پلیمرها دارای خاصیت پیزوالکتریکی بالایی بوده می تواند در ترکیب با سایر پلیمر ها منجر به تولید غشاهایی با ساختاری متفاوت و مقاوم در برابر گرفتگی گردد که قابلیت کاربرد در تصفیه پساب صنایع مختلف را دارا است. اثر افزودن غلظت های مختلف از پلی وینیلیدن فلوراید در محلول پلیمری بر عملکرد غشا بررسی شد. غشاهای تهیه شده توسط آنالیزهای فلاکس عبوری از غشا، انتخاب پذیری، درصد محتوای آب و عکس های میکروسکوپ الکترونی (SEM) و FTIR مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت پلی وینیلیدن فلوراید تا حدود 2 درصد وزنی، محتوای آب و تخلخل غشا در ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت. هم چنین فلاکس غشاهای بر پایه پلی اتر سولفون/ پلی وینیلیدن فلوراید در مقایسه با فلاکس غشای خالص بر پایه پلی اتر سولفون بهبود قابل ملاحظه ای داشته است. همچنین با افزایش غلظت پلی وینیلیدن فلوراید تا حدود 5/0درصد وزنی میزان پس دهی (انتخاب پذیری) حدود 20% بهبود یافت.

وارونگی فازی، روشی متداول برای ساخت غشاهای پلیمری است و اغلب غشاهای ساخته شده به این روش، ساختار نامتقارن دارند. جداسازی ذرات در این نوع غشاها با لایه متراکم سطحی و در فشار عملکردی زیاد انجام می شود. از سوی دیگر، در غشاهای متقارن دارای حفره های سطحی، جداسازی افزون بر سطح، در عمق غشا و در فشار عملکردی کمتر انجام می شود. در پژوهش حاضر، ساخت غشاها برپایه پلی اتر سولفون با استفاده ازحلال دی متیل استامید و ضدحلال آب به روش وارونگی فازی انجام شد. برای کنترل تخلخل و تغییر ساختار غشا از افزودنی آبدوست پلی وینیل پیرولیدون و نیز تغییر شرایط انعقاد، با اعمال یک مرحله توقف در محیطی با کنترل دقیق دما و رطوبت استفاده شد. برای بررسی ساختاری غشاهای تهیه شده، تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی پویشی، آزمون های تعیین نقطه حباب، تعیین تخلخل و تعیین شعاع متوسط حفره ها به کار گرفته شد. همچنین، عملکرد غشاها با استفاده از محاسبه تراوایی آب خالص و انجام آزمون حذف باکتری از محیط کشت سلول ارزیابی شد. نتایج حاصل نشان داد، با استفاده از روش انعقاد اجرا شده در این پژوهش، می توان به غشاهایی با ساختار متقارن، حفره هایی با قطر کمتر از0.4 mm ، تراوایی مناسب آب خالص و قابلیت حذف باکتری دست یافت. همچنین مشاهده شد، افزایش غلظت افزودنی پلی وینیل پیرولیدون موجب افزایش تخلخل، تراوایی و اندازه حفره های نمونه های غشایی می شود. از سوی دیگر، استحکام کششی و نیز ازدیاد طول در ناحیه شکست نمونه های غشایی با افزایش غلظت افزودنی پلی وینیل پیرولیدون کاهش یافته است.