پایان نامه ارشد رایگان درمورد اندازه گیری، مورفولوژی، تحلیل ساختار

می‌گیرد که دکستران، پلیاتیلنگلایکول، پلیوینیلپیرولیدون و برخی پروتئینها از ردیابهای رایج در صنعت می‌باشد.
برای توصیف یک غشا با استفاده از آستانه شکست، در شرایط مشخص و ثابت از منحنی احتباس استفاده میشود که این منحنی درصد جداسازی ردیابها توسط غشا را به صورت تابعی از جرم مولکولی ردیاب نشان می‌دهد. در شکل 2-6 منحنی اندازه‌گیری آستانه شکست نشان داده شده است.
شکل 2-6: اندازهگیری آستانه شکست از طریق منحنی احتباس ردیابها
در این پژوهش از پلیاتیلنگلایکول به عنوان ردیاب استفاده می‌شود که تمامی مشخصات ذکر شده را دارا بوده و به عنوان یک ردیاب متداول در تحقیقات و صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. آزمونهای اندازهگیری آستانه شکست با استفاده از محلولهای پلیاتیلنگلایکول با وزنهای مولکولی مختلف در غلظت ppm 500 انجام می‌گیرد.
اندازه‌گیری مستقیم میانگین قطر روزنهها در یک غشا مشکل است. قطر روزنه‌ها به طور مستقیم و یا غیرمستقیم از طریق اندازه مولکولهایی که از غشا عبور یا آن که توسط غشا احتباس می‌گردد، محاسبه میشود.
شعاع هیدرودینامیکی پلیاتیلنگلایکول که در این پژوهش به عنوان ردیاب مورد استفاده قرار می‌گیرد از رابطه زیر به دست می‌آید:]59[
(2-4)
r_hyd=((3[η]MM_PEG)/4πξN)^(1⁄3)
که در آن [η] ویسکوزیته ذاتی محلول می‌باشد و از رابطه زیر به دست می‌آید:
(2-5)
[η]=4.9×〖10〗^(-8) (MM_PEG )^0.672
MM_PEG: وزن مولکولی پلیاتیلنگلایکول ((gr)⁄(mol)) که به میزان %90 توسط غشا پس زده میشود
[η]: ویسکوزیته ذاتی محلول (m^3 g^(-1) )
ξ: ضریب تناسبی ثابت بین شعاع کره معادل و شعاع چرخش مولکول پلیمر (برابر 1 در نظر گرفته می‌شود)؛
N: عدد آووگادرو (〖mol〗^(-1) )
2-8-1 اندازهگیری غلظت پلیاتیلنگلایکول
به منظور اندازه‌گیری غلظت محلولهای پلیاتیلنگلایکول که در محاسبه آستانه شکست به کار برده می‌شود، از روش اسپکتروفوتومتری استفاده میشود. واکنشگرهای مورد استفاده در تعیین غلظت پلیاتیلنگلایکول عبارتند از:
واکنشگر اول: %5 (وزنی/حجمی) BaCl2 در محلول 1 نرمال HCl (100 میلیلیتر)
واکنشگر دوم: %2 (وزنی/حجمی) KI که 10 مرتبه رقیق شده باشد + 27/1 گرم I2
4 میلیلیتر از محلول نمونه به 1 میلیلیتر از واکنشگر اول اضافه می‌شود. سپس 1 میلیلیتر از واکنشگر دوم به این ترکیب اضافه می‌شود.
محلول حاصله 15 دقیقه در دمای اتاق نگه داشته می‌شود تا رنگ نهایی آن آشکار شود، سپس جذب محلول رنگی حاصله با استفاده از اسپکتروفوتومتر در طول موج 535 نانومتر در برابر واکنشگر خام اندازه‌گیری میشود [63]، که برای نمونه خام یا شاهد از آب مقطر به جای محلول پلیاتیلنگلایکول استفاده میشود.
مکانیسم انجام این فرآیند و نقش هر یک از مواد در آن به این شکل است که واکنشگر اول شامل کلریدباریم و اسیدکلریدریک نقش یک محلول تامپون را داشته و برای حفظ pH محلول استفاده میشود. واکنشگر دوم شامل یونهای I_3^- میباشد که یونهای مذکور ایجاد یک محلول بنفش رنگ میکنند و شدت و ضعف این رنگ در طی واکنش با پلیاتیلنگلایکول، معیار سنجش غلظت میباشد. با اضافه کردن دو واکنشگر به محلول پلیاتیلنگلایکول، بین یونهای I_3^- و زنجیرههای پلیاتیلنگلایکول واکنش اکسیداسیون و احیا اتفاق میافتد. نتیجه انجام این واکنش و تولید یونهای بی رنگ I^-، احیا شدن پلیاتیلنگلایکول و در نهایت کاهش شدت رنگ محلول میباشد.
(2-6)
〖2HO-(CH_2-CH_2-O-)〗_n-H+I_3^- □(→┴(BaCl_2+HCl) ) 2HOCH-(CH_2-CH_2-O)_n-H+3I^-
به طور کیفی میتوان گفت که هر چه غلظت پلیاتیلنگلایکول در محلول بیشتر باشد تعداد بیشتری از یونهای I_3^- درگیر واکنش اکسیداسیون-احیا میشود و در نتیجه شدت رنگ محلول کاهش مییابد. برای بررسی کیفی واکنش، شدت رنگ نمونه از طریق منحنی کالیبراسیون به غلظت پلیاتیلنگلایکول مربوط میشود]59[.
2-9 بررسی میزان گرفتگی غشا
برای اندازه گیری میزان گرفتگی در غشا ساخته شده، ابتدا شار آب خالص به مدت 75 دقیقه اندازه گیری شد که این مقدار با Jw1 نشان داده شده است. سپس شار پلی اکریل آمید با غلظت ppm100 در مدت 150 دقیقه، در فشار 3 بار و دمای 25 درجه سلسیوس اندازه گیری شد که این مقدار با Jp نشان داده شده است. سپس غشا توسط آب خالص شسته شده . پس از آن نیز شار آب خالص مجدد اندازه گیری شد که این مقدار با Jw2 نشان داده شده است.
یکی از معیارهای تعیین میزان گرفتگی عامل نسبت بازیابی شار(FRR) است که نحوه محاسبه آن در رابطه(2-4) آمده است.
(2-7) FRR(%)=Jw2/Jw1×100
به طور کلی هرچه FRR بیشتر باشد خاصیت ضد گرفتگی غشا بهتر خواهد بود]64[.
مقاومت شکل گرفته در حین فرآیند فیلتراسیون گرفتگی در غشارا نشان می‌دهد. گرفتگی در غشا میتواند بر اثر تشکیل کیک یا ژل بر روی سطح غشا و جذب روی سطح و یا درون روزنه های غشا باشد. میزان گرفتگی کلی با Rt نشان داده شده است و از رابطه زیر بدست می‌آید.
(2-8) Rt=(1-Jp/Jw1)×100
در ادامه گرفتگی برگشت پذیر(Rr) و گرفتگی برگشت ناپذیر(Rir) از روابط زیر محاسبه شده‌اند
(2-9) Rr=((Jw2-Jp)/Jw1)×100
Rir=((Jw1-Jw2)/Jw1)×100 (2-10)
2- 10 بررسی مورفولوژی غشا
در انتها لازم است مورفولوژی یا همان ریخت شناسی غشاهای تهیه شده مورد شناسایی قرار گیرند تا مشخصات ساختاری و شیمی- فیزیکی آن ها تعیین شود. این شناسایی در ابتدا موجب اطمینان از انجام واکنش های انجام شده میشود و در ادامه با در اختیار داشتن این اطلاعات میتوان به توجیه رفتار فرآیندی غشا پرداخت.
2-10-1 بررسی مورفولوژی غشای تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)
مورفولوژی سطح غشا مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه های غشا خام تهیه شده از پلی اکریلو نیتریل با 16% الیاف ، غشا هیدرولیز شده و اصلاح حرارتی شده ، غشا اصلاح شده با نانوذرات تیتانیوم دی اکسید با دو روش خود آرایی و مخلوط کردن در محلول پلیمری مورد آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی قرار گرفته است. برای آنالیزها با این نوع میکروسکوپ نیاز است تا سطح غشا با نانوذرات طلا پوشش داده شود.
میکروسکوپ الکترونی روبشی معمولاً برای تهیه تصاویر از سطوح با بزرگنمایی بین 10 تا 100000 برابر با قدرت تفکیک در حد 3 تا 100 نانومتر استفاده میشود. از این میکروسکوپ میتوان برای مشاهده حوزه ها در مواد فرومغناطیس، ارزیابی بلورشناسی ذاتی با قطرهایی به کوچکی 2 تا 10 میکرومتر، شناسایی مشخصات شیمیایی اجزایی به کوچکی چند میکرون روی سطح نمونه ها و ارزیابی گرادیان ترکیب شیمیایی روی سطح نمونه های هادی و غیرهادی در فاصله ای به کوچکی یک میکرومتر استفاده نمود.
مواردی که در این آزمون مد نظر بود عبارتند از:
مورفولوژی سطح غشا
میزان و توزیع نانوذرات روی سطح غشا
2-10-2 بررسی آبدوستی غشا با آنالیز زاویه تماس
اندازه گیری زاویه تماس کمیتی برای بیان ترشوندگی سطح جامد به وسیله مایع است. هنگامی که یک قطره مایع روی سطح جامد قرار می‌گیرد تعادل بین تماس سه فاز مایع، جامد و گاز به وجود می آید. به بیان دیگر برای اندازه گیری زاویه تماس طبق رابطه Young داریم:
γsv = γsl + γlv cos θY
شکل 2-7: زوایای لحاظ شده برای اندازه‌گیری زاویه تماس
در رابطه فوق ysv ، ysl و ylv زوایای تماس جامد-گاز، جامد-مایع و مایع-گاز است و زاویه θ زاویه تماس را بیان می کند. همانطور که در شکل2-10 نشان داده می‌شود بسته به اینکه اندازه زاویه کوچکتر یا بزرگتر از °90  باشد سطح جامد آبدوست یا آب گریز است؛ در زاویه صفر سطح کاملا خیس می‌شود به عبارت دیگر زاویه °90 مرز بین آبدوستی و آب گریزی است.
شکل 2-8: رابطه میان زاویه تماس و آبدوستی
برای آنالیز زاویه تماس غشاهای خام تهیه شده از پلی‌اکریلو‌نیتریل با 16% الیاف ، غشا هیدرولیز شده و اصلاح حرارتی شده و غشا اصلاح شده با ناوذرات تیتانیوم‌‌ دی‌اکسید با دو روش خود آرایی و مخلوط کردن در محلول پلیمری انتخاب شده‌اند.
2-7-3 بررسی ساختار شیمیایی غشا
عموماً به منظور آنالیز شیمیایی قطعات پلیمری از طیفسنجی مادون قرمز استفاده میشود. این روش میتواند به صورت کیفی، گروههای عاملی ماده را مشخص سازد. در این طیفسنجی اشعه مادون قرمز به نمونه تابانده میشود. مولکولهای مواد با توجه به ساختار شیمیایی خود در این انرژی حرکات خاص مولکولی شامل ارتعاش، خمش و کشش را از خود نشان میدهند که مقدار آن مشخص و مختص یک گروه عاملی است. لذا از روی انرژی بازگشت یافته میتوان گروه عاملی را شناسایی کرد. برای شناسایی کیفی یک نمونه مجهول، نوع گروههای عاملی و پیوندهای موجود در مولکولهای آن، طیف مادون قرمز نمونه را رسم نموده و با مراجعه به جدول مربوطه که موقعیت ارتعاش پیوندهای مختلف و اجسام را نشان میدهند، طول موج یا عدد موج گروهها و پیوندها را شناسایی میکنند.
به منظور بررسی ساختار شیمیایی غشاهای مورد نظر و اطمینان از انجام عمل هیدرولیز بر روی سطح غشا، طیفسنجی مادون قرمز بر روی غشای هیدرولیز شده انجام شده است.
2-10-4 طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس(EDX) 
EDS یا EDX یک روش تحلیلی است که برای تجزیه و تحلیل ساختاری یا خصوصیات شیمیایی یک نمونه به کار می‌رود. برای برانگیختن انتشار پرتو ایکس مشخصه از یک نمونه، یک دسته پرتو پر انرژی از ذرات باردار مانند الکترون یا پروتون، و یا یک دسته پرتو ایکس به نمونه‌ی در حال مطالعه متمرکز می‌شود. یک اتم در درون نمونه‌ی در حالت استراحت، (شامل الکترون‌های حالت پایه یا برانگیخته نشده) در سطوح گسسته‌ی انرژی یا ​​لایه‌های الکترون متصل به هسته است. پرتو اعمال شده ممکن است یک الکترون در پوسته‌ی درونی را تحریک کند و آن را از پوسته خارج سازد، در حالی که باعث ایجاد یک حفره الکترونی در مکان پیشین الکترون می‌شود. سپس یک الکترون با انرژی بالاتر از یک لایه‌ی بیرونی، حفره را پر می‌کند و تفاوت انرژی بین لایه‌ی پر انرژی و لایه‌ی کم انرژی می‌تواند به شکل پرتو ایکس آزاد شود. تعداد و انرژی پرتوهای ایکس
ساطع شده از یک نمونه را می‌توان به کمک یک طیف سنج پراش انرژی اندازه‌گیری کرد. از آنجا که انرژی پرتوهای ایکس بیانگر اختلاف انرژی بین دو لایه و همچنین ساختار اتمی عنصری است که از آن ساطع شده‌اند، امکان اندازه‌گیری ترکیب عناصر نمونه را می‌دهد. در شکل زیر یک نمونه از آنالیز EDX آورده شده است]71.[
شکل 2-9: نمونه ای از آنالیز EDX
گفتار سوم
بحث و نتیجه گیری
مقدمه
غشاهای معرفی شده در فصل دوم به‌ترتیب تهیه گردیدند و خواص آنها مانند شار، احتباس، وزن مولکولی مجزا شده، ساختار شیمیایی و مورفولوژی مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج آن در این فصل بیان خواهد شد. اهداف این مطالعه معطوف به تهیه بهترین غشا پلیاکریلو نیتریل با مقاومت مکانیکی مناسب، احتباس پلیاکریل‌آمید قابل قبول و نیز بهترین شار میباشد. همچنین افزایش شار و خواص ضد گرفتگی غشاهای پلیاکریلو نیتریل تهیه شده در پی افزایش نانوذرات تیتانیوم دیاکسید به دو روش خودآرایی و اختلاط مورد بحث و بررسی قرار گرفت.
در این فصل

مطلب مشابه :  پایان نامه با کلید واژه هایاندازه شرکت، بازده سهام، چرخه عمر

دیدگاهتان را بنویسید