مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تعریف نانوفیلتراسیون

به طور معمول جداسازی نمک های تک ظرفیتی، دو ظرفیتی و حل شده های غیریونی با وزن مولکولی کمتر از 2000 گرم بر مول، عامل اصلی در انتخاب غشاهای جدید با خواص و ویژگی های فی مابین غشاهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون می باشد. محدوده ویژگی ها و مشخصات فرایند جداسازی غشاهایی که از طریق این تعریف پوشش داده می شود به تازگی به عنوان غشاهای نانو مطرح شده است.

این فرایند در سال های 1980 نیز تحت عنوان هیپرفیلتراسیون (Hyperfiltration) از آن نام برده شده و همیشه همراه با فرایند اسمز معکوس و مشابه آن معرفی شده است. امروزه نانوفیلتراسیون به صورت یک فرایند به طور کامل مجزا با خواص کاربردی ویژه به کار گرفته می شود و با دو فرآیند اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون اختلاف های اساسی دارد. به عبارتی غشاهای به کار رفته در فرایند نانوفیلتراسیون دارای ساختار متخلخل از نوع میکرو با قطر روزنه های کمتر از 2 نانومتر بوده و از مواد پلیمری، که در بیشتر حالت ها دارای بار یونی می باشند، ساخته شده اند.

شهرت تجاری نانوفیلتراسیون از اوایل سال های 1980 آغاز شده و در سال 1988 اولین نانوغشاها از جنس مواد سرامیکی به صورتتجاری و کاربردی مورد استفاده قرار گرفت. بعدها نانوغشاهایی از جنس مواد پلیمری آلی جهت کاربردهای خاص به بازار عرضه شد.

در حال حاضر غشاهای نانو در بخش های مختلف صنایعی چون بیوتکنولوژی، صنایع غذایی و کشاورزی، تولید آب آشامیدنی و حفاظت محیط زیست به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال، می توان به جداسازی مواد معدنی از لاکتوز در صنایع شیر، بازیابی و استفاده مجدد از آب مصرفی در پساب های رنگی و تصفیه آب شرب در یک مقیاس بزرگ اشاره کرد.

کاربردهای ممکن فرایند نانوفیلتراسیون در صنایع مختلف

غذایی:

- نمک زدایی از محلول پنیر
- نمک زدایی از محلول شکر
- بازیابی مواد غذایی در فرایند تخمیر
- تصفیه پساب
- خالص سازی اسیدهای آلی

نساجی، چرم و کاغذ:

- جداسازی اسیدهای آمینه
- بازیابی رنگینه ها از پساب
- بازیابی آب و نمک از پساب
- بازیابی مواد آهاری از پساب آهارگیری
- بازیابی و استفاده مجدد از یون های کروم
- تصفیه پساب

شیمیایی:

- بازیابی محلول سفیدگری
- حذف گاز دی اکسیدکربن در فرایند گازی
- تهیه برومید
- بازیابی قلیا در فرایند تولید سلولز و ویسکوز
- رسوب سولفات کلسیم

الکترونیک و آّبکاری:

- جداسازی فلزات سنگین از محلول اسیدها
- حذف سولفات های فلزی از پساب
- حذف نیکل

تولید آب:

- بازیابی هیدروکسید لیتیم در تصفیه پساب باتری سازی
- حذف مواد روغنی از آب
- حذف سختی از آب
- حذف مواد آلی طبیعی
- حذف سموم دفع آفات از آب
- حذف فلزات سنگین، آهن، مس، روی و سیلیکا
- تصفیه آب های شور

کشاورزی:

- حذف فسفات، سولفات، نیترات و فلوراید

- حذف سلنیوم از آب زهکشی

ویژگی ها و مشخصات اصلی و اساسی فرایند نانوفیلتراسیون

به دلیل استفاده از پلیمرهای یونی در ساخت غشاهای نانو، احتباس ذرات یونی از مکانیزم اثر دافعه دونان (Donnan Exclusion) تبعیت می کند. بررسی جزییات مکانیزم های انتقال مواد در غشا نشان می دهد که این نوع مکانیزم از ویژگی های خاص غشاهای نانو در مقایسه با دو نوع غشای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون می باشد.
در نانوغشاها یک انتخاب در احتباس بین یون های تک ظرفیتی و دوظرفیتی وجود دارد. به عبارت دیگر توسط فرایند نانوفیلتراسیون امکان جداسازی یون های یک ظرفیتی از دوظرفیتی وجود دارد. در حالی که علی رغم احتباس خیلی زیاد فرایند اسمز معکوس، این نوع جداسازی به وسیله غشاهای اسمز معکوس وجود ندارد.
همچنین در غشاهای نوع نانو اختلاف بسیار مهمی در نفوذپذیری بین دو ذره ای که از نظر جرم مولکولی یکسان ولیکن دارای بارهای یونی مخالف (مثل یک ذره یونی مثبت یا منفی، و یک ذره خنثی) هستند، وجود دارد. در حالی که چنین اختلافی در دو نوع غشای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون دیده نمی شود.

مشخصه های غشاهای پلیمری آلی


غشاهای نانو ساخته شده از مواد پلیمری آلی، مشابه غشاهای اسمز معکوس، دارای یک ساختار کمپوزیت بوده که طی یک فرآیند دو مرحله ای به شرح زیر ساخته می شوند:

- ابتدا یک لایه پلیمری متخلخل با قطر روزنه های بزرگتر از 50 نانومتر به ضخامت بین 40 تا 100 میکرومتر به صورت لایه میانی روی یک منسوج بافته شده یا بی بافت قرار می گیرد.

- سپس یک لایه فعال با ضخامت کم، بین 0.3 تا 3 میکرومتر توسط فرآیندهایی چون پلیمریزاسیون روی لایه قبلی ایجاد می شود. این لایه فعال خواص انتقال و انتخاب در جداسازی را برای نانوغشا ایجاد می کند.

لایه میانی آن ایزوتروپ (Anisotrope)بوده که اغلب بر پایه پلی سولفون می باشد. این لایه دارای نفوذپذیری بسیار بالایی است. بعضی از غشاها ممکن است دارای چندین لایه میانی باشند.
لایه فعال باید علاوه بر داشتن احتباس ویژه در فرآیند جداسازی، از مقاومت مکانیکی و شیمیایی خوبی برخوردار باشد. به عنوان مثال بعضی از لایه های فعال از طریق پلیمریزاسیون بین سطحی توسط ترکیبات آروماتیک سه عاملی روی لایه میانی ایجاد می شوند.

در دیدگاه اول، توانایی جداسازی لایه فعال، تحت اثر یک سد فیزیکی ایجاد شده توسط غشا، در نظر گرفته می شود که عبور از این غشا تابع اندازه مولکولی ذرات است. به عبارت دیگر ذراتی که دارای قطر کمتر از قطر روزنه های لایه فعال هستند می توانند از این لایه عبور کرده و در نتیجه ذرات بزرگ تر احتباس می شوند.

توانایی جداسازی نانوغشا با اثر بار یونی که ناشی از ماهیت شیمیایی پلیمرهایی که در ساخت این لایه فعال استفاده می شوند ارتباط دارد. در حقیقت در بین مواد سازنده ای که تشکیل دهنده لایه فعال غشاهای نانو می باشند، گروههای فعال چون آمید، کربوکسیل و حتی سولفون وجود دارد. این گروهها ممکن است یا به طور دائم و یا تابع محلولی که در تماس با این غشا خواهد بود، به صورت یونی باردار شوند.

مشخصه های غشاهای معدنی

فرآیند سل-ژل یکی از فرآیندهای شیمیایی است که در دمای پایین برای تولید اشیاء، فیلم ها، فیبرها، ذرات یا کمپوزیت ها مناسب می باشد که می توانند بعد از یک مرحله فرآیند تکمیلی به صورت تجاری مصرف شوند. به وسیله فرآیند سل-ژل می توان ساختار میکرو محصولات را در محدوده 1 تا 100 نانومتر که ساختاری در مرتبه مولکولی می باشد به دست آورد. این مواد اغلب مشخصه های فیزیکی و شیمیایی یکنواختی دارند. سل ها ذرات کلوئیدی پراکنده در محلول به ابعاد 100-1 نانومتر هستند که به علت کوچکی بیش از حد به وسیله حرکت براونی در محلول به حالت معلق باقی می مانند. ژل ها نیز از یک شبکه جامد و به هم پیوسته با منافذی به ابعاد زیر میکرومتر و زنجیرها پلیمری می باشند که طول متوسط آن ها بزرگتر از یک میکرومتر است. در حقیقت فرآیند سل-ژل سنتز شبکه معدنی توسط واکنش های شیمیایی در محلول و در دمای پایین است که به دلیل تشکیل شبکه بی شکل (در مراحل اولیه) در مقابل فرآیند کریستاله شدن در محلول قرار دارد.

در این فرآیند برای تهیه نانوغشا اغلب از اکسیدهای فلزی، که از محلول فلزات آلی یا نمک های معدنی حاصل می شود، استفاده می گردد. سپس لایه های نازک با تخلخل قابل کنترل توسط نانوذرات اکسیدهای مواد معدنی با قطر کمتر از 10 نانومتر تشکیل می شود.

یکی از ویژگی های مهم اکسیدهای معدنی یاد شده، خاصیت آمفوتر بودن آن ها می
باشد،همچنین پدیده هیدراسیون در سطح غشا و روی دیواره حفره های غشا انجام می شود. پدیده هیدراسیون علت تشکیل بارهای الکتریکی در سطح شده که تابعی از محتویات محلولی است که با غشا در تماس می باشد.

برای هر اکسید یک محدوده pH وجود دارد که در آن بارهای مثبت و منفی سطح غشا با هم برابر است و در مجموع سطح از نظر بار الکتریکی خنثی است. این نقطه از pH را در اصطلاح نقطه بار صفر گویند. این محدوده pH به نوع اکسید و همچنین درجه حرارتی که هنگام ساخت غشا به مواد وارد شده است، بستگی دارد. شناخت این محدوده pH برای اکسیدهای فلزی یک پارامتر مهم محسوب می شود و در واقع این پارامتر رفتار نانوغشاهای سرامیکی را در مقابل محلول نشان می دهد. هنگامی که اکسید فلزی در تماس با محلول های یونی قرار می گیرد، یون های با بار مخالف لایه فعال غشا جذب سطح شده و تولید یک لایه ثانویه می کند. این لایه را لایه استرن (Stern layer) گویند. در محدوده ای از pH برآیند بارهای الکتریکی موجود در سطح پس از جذب یون های مخالف و تشکیل لایه ثانویه تولید یک سطح در مجموع خنثی می کند. این نقطه pH را نقطه ایزوالکتریک می گویند. پایین تر از نقطه pH ایزوالکتریک، سطح در مجموع به صورت مثبت و بالاتر از آن به صورت منفی باردار خواهد بود. از نظر علمی برای توصیف رفتار غشاها در تماس با محلول های واقعی، نقطه ایزوالکتریک ارجحیت بیشتری نسبت به نقطه بار صفر دارد.

منبع: مبانی نانو غشاهای پلیمری و فرآیند نانو فیلتراسیون، تالیف دکتر احمد اکبری

آب معدنی مفید یا مضر ؟ - شنبه بیست و پنجم تیر 1390
آب‌ معدنی واقعا بهداشتی ‌تر است ؟ - شنبه بیست و پنجم تیر 1390
آب، امنیت غذایی، بحران ها و راهبردها - شنبه بیست و پنجم تیر 1390
بهداشت آب - شنبه بیست و پنجم تیر 1390
حذف نيترات از آب‌هاي آلوده با كمك نانوذرات آهن - جمعه بیست و چهارم تیر 1390
طراحی کانال (آبراهه) ‌ها - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
هيدروليک کانال (آبراهه) های روباز - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
صافى‌ها و سيستم‌هاى تصفيه آب در کشاورزی - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
هيدروليک قطره‌چکان‌ها - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
هيدروليک لاترال‌ها - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
سيستم پمپاژ - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
اجزاء و خصوصیات سيستم‌های آبيارى - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
طراحى سيستم آبيارى - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
آئروموناس در آب - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
طراحى سيستم آبيارى در کرتهاى مسطح - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
کاربرد هالوژن و ترکيبات آن - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
جدا کردن باکتري‌ها از آب با استفاده از نانوغشاي جديد - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
يافتن عوامل موثر در حذف فلزات سنگين از آب - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
راهبردهاي جديد تصفيه آب با استفاده از فناوري نانو - پنجشنبه بیست و سوم تیر 1390
مالكيت منابع آبي - چهارشنبه بیست و دوم تیر 1390
سازمان هاي‌ حافظ آبهاي آشاميدني‌ و جلوگيري از آلودگي آبهاي‌ عمومي - چهارشنبه بیست و دوم تیر 1390
سدهاي لاستيكي - چهارشنبه بیست و دوم تیر 1390
دستگاه های تصفیه فاضلاب در صنایع غذایی - چهارشنبه بیست و دوم تیر 1390
مدیریت نگهداری شبکه های آبرسانی و آبیاری - چهارشنبه بیست و دوم تیر 1390
ساختار سياست جزايي حقوق آب ايران - چهارشنبه بیست و دوم تیر 1390
فلوئور در تصفیه خانه های آب - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
معرفی انواع سد ها و سفره های آب زیرزمینی - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
شناسائي و كاهش آب بحساب نيامده در شبكه هاي آبرساني شهري 4 - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
شناسائي و كاهش آب بحساب نيامده در شبكه هاي آبرساني شهري 3 - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
شناسائي و كاهش آب بحساب نيامده در شبكه هاي آبرساني شهري 2 - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
شناسائي و كاهش آب بحساب نيامده در شبكه هاي آبرساني شهري 1 - سه شنبه بیست و یکم تیر 1390
روناب - شنبه هجدهم تیر 1390
فاضلاب و زباله شهري - شنبه هجدهم تیر 1390
استفاده مجدد از فاضلاب در كشاورزي و چالش هاي بهداشتي - شنبه هجدهم تیر 1390
بررسی روش اقتصادی انتخاب لوله - شنبه هجدهم تیر 1390
آب زیرزمینی - شنبه هجدهم تیر 1390
اساس کار پمپ - شنبه هجدهم تیر 1390
حفاظت آب Water Conversion - شنبه هجدهم تیر 1390
دلايل فني تخريب سدها - شنبه هجدهم تیر 1390
نگاه «محیط زیستی» از کجا آمده؟ - پنجشنبه شانزدهم تیر 1390
اقتصاد مهندسي - پنجشنبه شانزدهم تیر 1390
خوردگی - پنجشنبه شانزدهم تیر 1390
جذب سطحی اسید استیک روی زغال فعال - پنجشنبه شانزدهم تیر 1390
حملات شيميائي و حفاظت از منابع آب - چهارشنبه پانزدهم تیر 1390
آب شرب سالم - چهارشنبه پانزدهم تیر 1390
بررسي نحوه بهره برداري از دستگاههاي كلرزني به عنوان روشی جهت گندزدائي آب شرب - چهارشنبه پانزدهم تیر 1390
لاگون هوادهي - چهارشنبه پانزدهم تیر 1390
آلودگي آب شهري - چهارشنبه پانزدهم تیر 1390
اسپكتروفتومترها - دوشنبه سیزدهم تیر 1390
تعیین غلظت آهن در آب به روش اسپکتر و فتومتری - دوشنبه سیزدهم تیر 1390

تولید و بررسی خواص کربن فعال - یکشنبه بیست و هشتم فروردین 1390
آب سخت و دستگاه هاي سختي گير آب - شنبه بیست و هفتم فروردین 1390
خوردگي - شنبه بیست و هفتم فروردین 1390
نكاتي در مورد شبكه فاضلاب بیمارستانی - شنبه بیست و هفتم فروردین 1390
فاضلاب و تاثیرات آن بر سلامت انسانها - شنبه بیست و هفتم فروردین 1390
انواع محل هاي نمونه برداري - جمعه بیست و ششم فروردین 1390
تصفیه پساب و فاضلاب کارواش - پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390
معرفی خانواده انتروباکتریاسه - پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390
رنگ آمیزی گرم : GRAM STAIN - پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390
كلستريديوم ها و مایکوباکتریوم ها و لاکتوباسیلوس ها - پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390
باكتريهاي سودوموناس - پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390
فلوئوروزیس دندانی - پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390
شوینده ها و اثرات آنها بر آب - پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390
فاضلاب ‌ها و ضايعات صنعتي - پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390
اثرات سوء زيست محيطي هيدروكربن‌هاي هالوژن‌دار در محيط آبي - پنجشنبه بیست و پنجم فروردین 1390
چرخه اکسیژن و نیتروژن - چهارشنبه بیست و چهارم فروردین 1390
آلودگي ناشي از مواد راديواكتيو در دريا - چهارشنبه بیست و چهارم فروردین 1390
اثرات آلودگی آب بر انسان - چهارشنبه بیست و چهارم فروردین 1390
اهمیت جلبک ها در آب و فاضلاب - چهارشنبه بیست و چهارم فروردین 1390
الهام از درختان در ساخت سيستم هاي هيدروليكي - چهارشنبه بیست و چهارم فروردین 1390

مرجع تخصصی آب و فاضلاب