Polyacrylonitrile (PAN) micro/ultrafiltration membranes were prepared by phase

Transcript

1 Available in: Iranian Journal of Polymer Science and Technology Vol. 27, No. 1, April - May 2014 ISSN: Online ISSN: Effects of Preparation Conditions on Morphology of Polyacrylonitrile Micro/Ultrafiltration Membrane and Its Application in Protein and Fat Separation from Milk Seyed Ali Alavi 1, Ali Kargari 1*, Mohammad Karimi 2, Hamidreza Sanaeepur 1, and Somayeh Lariji 1 1. Membrane Processes Research Laboratory (MPRL), Department of Petrochemical Engineering, Amirkabir University of Technology, Mahshahr Campus, Mahshahr, P.O. Box: 415, Iran 2. Department of Textile Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, P.O. Box: 15914, Iran Received 1 August 2013, accepted 7 Juanuary 2013 A B S T R A C T Keywords: ultrafiltration, microfiltration, polyacrylonitrile, morphology, protein separation Polyacrylonitrile (PAN) micro/ultrafiltration membranes were prepared by phase inversion method. The effects of various preparation conditions including polymeric solution concentration, evaporation time, temperature, composition and residence time of the coagulation bath were investigated. Various important membrane characteristics such as pore size, bulk porosity, and mechanical and morphological properties were taken into the consideration. The characterizations were performed by measuring the bubble point, water flux, tensile strength and scanning electron microscopy (SEM) analyses. The results showed that by increasing the polymeric solution concentration from 13 to 17 wt%, the porosity and water flux were decreased. Moreover, the membrane skin layer was considerably thickened with a very significant decrease in its pore sizes which was achieved in ultrafiltration region. By increasing the evaporation time at atmospheric pressure, membrane skin layer was thickened and the pore sizes were decreased. Low coagulation bath temperatures (below 30 C) resulted in lower pore size, water flux, and an increase in membrane mechanical strength. Introduction of isopropanol (IPA) into the water coagulation bath led to lower coagulation rate and consequently, the formation of smaller pores became possible by using pure isopropanol as coagulation bath. Furthermore, by increasing the residence time in coagulation bath, a more porous structure with more uniform pore sizes were formed that showed better mechanical properties. Finally, the socalled ultrafiltration membranes were applied in concentration process of protein and milk fat. A protein rejection more than 93% was attained while a complete removal of milk fat was achieved. (*)To whom correspondence should be addressed. kargari@aut.ac.ir

2 قابل دسترس در نشانی: اثر شرایط ساخت بر شکلشناسی غشای پلیآکریلونیتریل ميکروفرافيلترکردن و کاربرد آن در جداسازی پروتئین و چربي مجله علوم و تکنولوژی پلیمر سال بیست و ششم شماره 1 صفحه ISSN: Online ISSN: از شیر 1 سيد علي علوي 1 علي كارگري 1* محمد كريمي 2 حميدرضا سناييپور 1 سميه الريجي 1- ماهشهر پرديس ماهشهر دانشگاه صنعتي اميركبير آزمايشگاه تحقيقاتي فرايندهاي غشايي صندوق پستي تهران دانشگاه صنعتی امیرکبیر دانشکده مهندسی نساجي صندوق پستی دریافت: 92/5/10 پذیرش: 92/10/17 چکیده واژههای کلیدی فرافيلترکردن میکروفیلترکردن پلیآکریلونیتریل شکلشناسی جداسازي پروتئين در این پژوهش غشای نامتقارن در محدوده میکرو تا فرافيلترکردن از ماده اولیه پلیآکریلونیتریل به روش وارونگي فاز تهیه شده است. اثر پارامترهای مهم و اثرگذار در ساخت غشا شامل غلظت محلول پلیمري زمان تبخیر در محیط دمای حمام انعقاد و ترکیب آن و زمان ماندگاری در اين حمام بررسی شده است. مشخصات مهم غشا مانند اندازه قطر حفرهها مقدار تخلخل شکلشناسی و استحكام مكانيكي آن به کمک آزمونهای نقطه حباب شار آب مدول كششي و نیز میکروسکوپ الکترونی پویشی ارزیابی شده است. نتايج نشان داد با افزایش غلظت پلیمر از 13% به % 17 وزنی مقدار تخلخل غشا و شار آب عبوري از آن کاهش یافته پوسته غشا مشهودتر شده و اندازه حفرهها نيز كوچكتر شده است بهطوري كه در گستره غشاهای فرافيلترکردن قرار گرفته است. همچنین با افزایش زمان تبخیر حالل در محیط پوسته ضخيمتري با اندازه حفرههای کوچکتر شكل گرفته است. استفاده از حمام انعقاد با دماي کمتر از 30 C باعث استحكام مکانیکی بيشتر اندازه حفرههای كوچكتر و كاهش شار آب شد. با افزودن ایزوپروپانول به حمام انعقاد سرعت لختهشدن کاهش یافت و اندازه حفرهها به كمترين مقدار )با استفاده از حمام ايزوپروپانول خالص( رسيد. افزایش زمان ماندگاری در حمام نيز باعث یکنواختی بيشتر حفرهها و تخلخل زيادتر و افزايش استحكام مكانيكي غشا شد. در نهايت غشاي فرافيلتر بهدست آمده برای تغليظ پروتئين و چربي شير بررسی و ارزيابي شد. بیشترین مقدار پسزني پروتئين برابر 93% بهدست آمد و چربی شير نيز در جریان ماده تراويده این غشا بهطورکامل حذف شد. * مسئول مکاتبات پیامنگار: kargari@aut.ac.ir

3 همکاران و علوی علی سید... پلیآکریلونیتریل غشای شکلشناسی بر ساخت شرایط اثر مقدمه مهم موضوعی به پلیمری غشاهای از استفاده گذشته دهه چند در اصالح زمينه در پژوهش است. شده تبديل جداسازی فرایندهای در جذاب زمينهاي عنوان به جديد پليمري مواد توليد يا رايج پليمرهاي فرافيلترکردن فرايند از استفاده است. مطرح پلیمرها فناوری و علوم در تصفیه برای زمينه اين در پركاربرد و مهم فرايندهاي از يكي عنوان به حال در غذايي و پزشكي شيميايي صنایع پسابهاي و آبها پليمري مواد انواع از استفاده افزايش با همزمان ]1-6[. است گسترش جايگاه تنها نه )PAN( پلیآکریلونیتریل رايج پليمر غشاها ساخت در برخوردار نيز ممتاز موقعيتی از بلكه است نداده دست از را خود مقاومت با ارزانقيمت و دردسترس پليمری ماده این است. شده آبدوستي است. مناسب گرمایی پايداري و زياد مكانيكي و شيميايي پليسولفون مانند پليمرها سایر با مقايسه در پليمر اين توجه شایان هك شده باعث پليوينيليدینفلوئوريد و پليپروپيلن پلياترسولفون ساخت براي مشابه انواع سایر با مقايسه در مناسبتر گزينه عنوان به ]7-11[. باشد مطرح فرافیلترکردن غشاهاي فاز وارونگي روش به معموال PAN فرافیلترکردن تجاري غشاهاي فيلم در ضدحالل - حالل جايگزيني با باره اين در ميشوند. تهيه يك و باال در گزينشپذير نازك پوسته با نامتقارن ساختاری پليمري تقويتكننده و نگهدارنده نقش كه زير در ماكروحفره ميكرو- اليه و )قطر حفرهها اندازه ميشود. تشكيل دارد عهده بر را غشا مكانيكي آنها توزيع نیز و يكديگر با حفرهها اين اتصال چگونگي آنها( حجم غشا اين گزينشپذيري و عبوري شار بر زيادي اثر پليمر شبكه در شده ساخته غشاي نهايي خواص كه است پرواضح بنابراين دارد. آن شکلشناسی خواص به زيادي مقدار به فاز وارونگي روش به مانند مختلف سينتيكي پارامترهاي بهطوركلي ]12-15[. دارد بستگي ترموديناميكي پارامترهاي همراه به ضدحالل - حالل تبادل سرعت اثرگذارند. پديده اين بر ضدحالل حالل- پليمر- برهمكنشهاي مانند مناسب ضدحالل و حالل انتخاب با غشا ساخت حين پارامترها اين محلول در آنها مقدار و افزودنيها وجود پليمري محلول غلظت انعقاد حمام دماي محيط در تبخير زمان انعقاد حمام در يا پليمري ]16-19[. ميشوند معين ديگر تكميلي و گرمایی فرايندهاي پليمري محلول غلظت غشاها این ساختار بر مؤثر عوامل بین در گرانروی پليمر غلظت افزايش با گفت بايد دارد. ویژهای اهمیت تبادل سرعت گرانروی افزايش نتيجه در مييابد. افزايش نيز محلول موضوع اين كه مييابد كاهش مشترك سطح در ضدحالل حالل- افزايش و آب شار كاهش نتيجه در و حفرهها اندازه كاهش باعث ] [. ميشود غشا وسیله به جداسازي مقدار حالل تبادل ظرفيت معدني و آلي افزودنيهاي كه شده داده نشان قرار تأثير تحت را سامانه ترموديناميكي خواص و ترسیب سينتيك كلريد روي و كلريد ليتيم مانند آنيوني نمكهاي افزايش با ميدهند. اسيد پروپيونيك و اسيد استيك مانند آلي اسيدهاي افزودن نیز و افزون است. شده مشاهده درشتتري حفرههای انعقاد حمام در ضدحالل حمام به حالل از توجهي قابل مقادير افزايش اين بر حتي يا حفرهها اندازه در چشمگيري كاهش باعث ميتواند مقداري افزودن كه شده داده نشان ]7 13[. شود آنها ناپديدشدن جدايی در تأخير باعث انعقاد حمام به حالل عنوان به ديمتيلاستاميد كاهش سهجزئي سامانه بيشتر پايداري ضدحالل حالل- پليمر- فاز ]13[. ميشود پوسته اليه در آنها قطر و زيراليه در حفرهها ويژه حجم و پليوينيلپيروليدون مانند افزودنيهايي از استفاده همچنين متداول نيز پليمري محلول در كم مولكولي وزن با پلياتيلنگليكول الیه زیر در درشتحفرهها تشکیل و تخلخل افزایش سبب که است ]21-24[. میشود غشا با كه بهطوري است معينكننده عوامل از نيز انعقاد حمام دماي حفرههای نتيجه در و يافته افزايش لختهشدن زمان حمام دماي كاهش باره اين در ميشود. حاصل بيشتري مكانيكي استحكام و كوچكتر است شده گزارش 4-12 C دمايي گستره در توجهي قابل تغييرات.]19 25[ اثرگذار مهم عوامل سایر عنوان به نيز تكميلي و گرمایی فرايندهاي از نانوفيلترکردن غشاهاي ساخت در حفرهها اندازه كاهش در ] [. شدهاند استفاده گسترده بهطور فرافیلترکردن غشاهاي حمام در پليمري فيلم ماندگاري زمان شده گفته مطالب بر افزون پايداري افزايش در مهمي بسيار نقش آن كامل شكلگيري براي انعقاد كاهش نیز و زيراليه حفرههای يكنواختي در بهويژه دارد نهايي غشای است. مؤثر رويي اليه سطح زبري - ميكروفيلترکردن محدوده در PAN نامتقارن غشاهاي پژوهش اين در عوامل آثار است. شده ساخته فاز وارونگي روش به فرافیلترکردن مقادير افزودن پليمري محلول در PAN غلظت چون گوناگون دماي انعقاد حمام در جديد افزودني عنوان به ايزوپروپانول مختلف در فيلم ماندگاري زمان نیز و محيط در حالل تبخير زمان حمام غشاهاي است. شده بررسي آن عملكرد و غشا شکلشناسی بر حمام ميكروسكوپی حباب نقطه آب تراوايي آزمونهاي با شده ساخته بهينهسازي و ارزيابي كششي مقاومت و )SEM( پویشی الكتروني و پروتئين جداسازي در مزبور غشاهاي قابلیت همچنين شدند. روی کار اولین حاضر پژوهش شد. بررسی آزمون گاو شير از چربي است. کشور در مزبور کاربرد برای پلیمر این اردیبهشت - فروردین 1 شماره هفتم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله

4 ... پلیآکریلونیتریل غشای شکلشناسی بر ساخت شرایط اثر وهمکاران علوی علی سید تجربی مواد و M W = DA مولکولی وزن متوسط با )هموپلیمر PAN و )DMF( دیمتیلفرمامید شد. خریداری داخلی بازار از T( g = 87 C مقطر آب از شدند. تهیه آلمان Merck شركت از )IPA( ایزوپروپانول خیسکننده مایع عنوان به تقطیرشده سفيد نفت و ضدحالل عنوان به شد. استفاده غشا دستگاهها شیر از پروتئین جداسازی و آب عبوری شار اندازهگیری براي مقطع سطح با پلکسیگالس جنس از شده ساخته غشایی محفظه پروتئین و چربی مقدار شد. ساخته و طراحي 15/9 cm 2 مؤثر غشايي معین EKOMILK-KAM 98-2A دستگاه از استفاده با شده تغلیظ خشککردن از پس غشا عرضي مقطع و سطح شکلشناسی شد. طال با پوششدهي و مایع نیتروژن در آن شکستن نمونه هر نهایی بررسی KYKY-EM 3200 پویشي الکترونی میکروسکوپ دستگاه با رقمی ضخامتسنج بهوسیله غشا نهایی ضخامت همچنین شد. مقاومت آزمون دستگاه شد. اندازهگيري ±1 µm دقت با Mitutoyo بهکار کششی استحکام تعیین برای EKTRON-TS 2000 كششي از غشايي فيلم ايجاد و پليمري محلول ريختهگري براي شد. گرفته 300μm ثابت ضخامت با ضدزنگ فوالد جنس از غشايي فيلمكش شد. استفاده روشها غشا ساخت خأل خشككن در 5 h بهمدت PAN پودر رطوبت حذف برای ابتدا مشخص نسبتهای به پليمر اين سپس شد. داده قرار 75 C دمای با بهمدت مغناطیسی همزن با DMF حالل در وزني 17% و یکنواخت پليمري محلول تا شدند حل محیط دمای در شبانهروز یک ساكن شکل به 40 C دمای در 4 h بهمدت محلول اين شود. حاصل روی فیلمکش كمك به سپس شود. حبابزدایی تا شد داده قرار بيبافت الياف از متخلخل نگهدارنده اليه یا صاف شیشهای صفحه کشیده بود شده چسبانده ثابت شکل به شيشهاي روي كه پلیاستر محیط در حالل تبخير براي مشخصی زمان مدت گذشت از پس شد. انعقاد حمام در مالیم و يكنواخت بهطور شیشه همراه به پليمري فيلم انعقاد حمام در مشخص ماندگاری زمان طي از پس شد. غوطهور شستوشو تقطیر دوبار مقطر آب با و شده جدا شیشه از پلیمری فیلم آن از پس شد. خشک محیط دمای در روز يك مدت به و شد داده 12 h بهمدت باقیمانده ضدحالل و حالل حذف برای پلیمری فیلم شد. داده قرار گرمخانه در 45 C دمای در غشا ارزيابي شیر چربی و پروتئین جداسازی مقدار خالص آب شار اندازهگیری مدول با غشا از پروتئین جداسازی و عبوری آب شار اندازهگیری و خالص آب برای 1 bar فشار در )Dead end( بنبستی استوانهای جریان منظور بدين شد. انجام شیر پروتئین جداسازی برای 8/6 bar و شده برقرار غشایی مدول به دیافراگمی پمپ کمک به مخزن از مایع مدت در غشا از تراویده مایع حجم اندازهگیری با غشا از عبوری شار تنظیمکننده از مایع جريان مسیر طول در شد. محاسبه معین زمان نیز تازه شیر روی آزمایش این شد. استفاده آن فشار کنترل برای اندازه از معیاری که چربی و پروتئین پسزنی مقدار تا شد انجام ۱ شکل در شده استفاده آزمایشگاهی سامانه شود. معین حفرههاست کمک به شیر چربی و پروتئین پسزني شار است. شده داده نشان شدند: محاسبه )۲( و )۱( معادلههای V Q = )1( At C F - C P R(%) = 100 )2( C F مؤثر مساحت A ) L (و غشا از تراویده مایع حجم V معادلهها اين در )۱( غشا: از عبوری آب شار اندازهگیری آزمایشگاهی سامانه ۱- شکل تنظیمکننده )4( جریانسنج )3( دیافراگمی پمپ )2( خوراک مخزن جریانسنج. )۷( و غشایی مدول )6( فشارسنج )۵( فشار 1393 اردیبهشت - فروردین 1 شماره هفتم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله 66

5 همکاران و علوی علی سید... پلیآکریلونیتریل غشای شکلشناسی بر ساخت شرایط اثر )L/m 2 )h تراوش شار سرعت Q و )h( تراوش زمان t m (و 2 ( غشا جزء غلظت ترتيب به C P و C F پسزني درصد R همچنين است. غشاست. از تراویده جريان و ورودي جريان در )g/100ml( مدنظر دستگاه از استفاده با نیز تراویده جریان در شیر چربی غلظت میکند. کار طیفنورسنجی اساس بر که شد اندازگیری EKOMILK حفرهها اندازه استفاده با حباب نقطه آزمون کمک به غشا حفره بزرگترین اندازه شد. محاسبه خيسكننده مايع عنوان به تقطيرشده سفيد نفت از اندازه تعيين برای ASTM F استاندارد مطابق آزمون این ابتدا حفره بزرگترین اندازه تعيين برای شد. انجام غشاها حفرههای مایع از غشا حفرههای تمام تا شد خیس مدنظر مایع از اليهاي با غشا باالدست جریان در )نیتروژن( گاز فشار افزایش با سپس شود. پر غشاست در حفره بزرگترین از گاز عبور نمایانگر که تسليم نقطه تا ]27[: شد محاسبه )3( معادله مطابق غشا در حفره بزرگترین قطر اندازه d p, max γ p = )3( كشش γ ) µm (و غشا حفره بزرگترين قطر d p,max معادله اين در كه است. )psi( گاز فشار p و )mn/m( خيسكننده مايع سطحي غشا تخلخل مقدار اندازهگیری مایع كمك به تخلخل سنجش روش از استفاده با غشا تخلخل مقدار روش اين در شد. معین خشک( و تر )روشهای آب خیسکننده رد 12 h بهمدت و شدند بريده مشخص ابعاد با غشا نمونههای چهار دقت با آنها دقیق وزن و گرفته قرار 45ºC دمای با خأل خشككن آب در شبانهروز یک مدت به غشاها سپس شد. معین اعشار رقم سهولت برای شود. پر مایع از كامال آن حفرههای تا شدند غوطهور ماده عنوان به 1% سولفات اتر لوریل سدیم از مایع با حفرهها پرشدن نمونهها خارجکردن از پس شد. استفاده سطحی کشش کاهشدهنده تخلخل مقدار شدند. توزین مجدا سطحی آب الیه زدودن و آب از شد: محاسبه )4( معادله مطابق غشا تودهای Ww - Wd ε (%) = 100 )4( vρ نمونه وزن W w غشا حجمی متوسط تخلخل مقدار ε معادله این در چگالی ρ و )cm 3 ( غشا حجم v ) g (و خشک نمونه وزن W d ) g (و تر غشا جمعشدگی مقدار اندازهگیری حین غشا ضخامت( )کاهش جمعشدگی مقدار اندازهگيري براي نهایی و اولیه ضخامت بین اختالف از حفرهها تشکیل و خشکشدن معادله اين در شد. استفاده )5( معادله مطابق غشا ساخت فرايند در آن نهایی ضخامت T f و انعقاد فرایند از پیش غشا اولیه ضخامت T i است: كامل خشکشدن از پس Ti - Tf Sh (%) = 100 )5( T کششی استحکام i استاندارد روش طبق شده ساخته غشاهای کششی مدول اندازهگیری طبق ]28[. شد انجام ASTM D كششي استحکام آزمون بر شده وارد نیروی بیشترین با برابر كششي استحکام تعريف است آن تغييرشكل اندازهگيري و نمونه از مقطع سطح کوچکترین میشود. بیان )psi یا MPa( سطح واحد ازاي به نیرو حسب بر كه بحث و نتایج غشا شکلشناسی و ساختار بر پلیمری محلول غلظت اثر شکلشناسی و ساختار بر پليمري محلول غلظت اثر بررسي برای مشخص مقادیر با پلیمری محلولهای ابتدا شده ساخته غشاي يكسان ریختهگری شرایط با DMF حالل در وزنی 17% و حالل تبخیر زمان 30 C محیط دمای 300 μm فيلم اوليه ضخامت نتایج شدند. تهیه 25 C دماي با خالص آب حمام و 3 min محیط در زمانیکه )مدت لختهشدن زمان بر آن اثر و پلیمر غلظت تغییر بررسی در شیشه روی شده ریختهگری پلیمری فيلم تا میانجامد طول به شیشه سطح از و كرده رسوب انعقاد حمام در فاز وارونگی فرایند اثر حباب نقطه فشار )Sh( جمعشدگی )ε( تخلخل t( c ( شود( جدا مدول و Q( w ( خالص آب شار d( p,max ( حفره بزرگترین اندازه p( b ( است. آمده ۱ جدول در )E( کششی بین گرهخوردگی دلیل به محلول گرانروی پلیمر غلظت افزایش با در ضدحالل نفوذ سرعت بنابراين میيابد. افزایش پليمر زنجیرهای زمان نتيجه در و شده كمتر حالل با جايگزيني براي پليمري فيلم در پليمر غلظت افزایش با ديگر سوي از ميافتد. تأخير به لختهشدن به و یافته افزایش محلول در پلیمر جزئی حجم ريختهگري محلول خشكشدن از پس نتيجه در میشود. كمتر حالل مقدار نسبت همين نيز غشا جمعشدگی مقدار و كاهش آن تخلخل مقدار غشا نهايي است. )g/cm 3 ( خیسکننده مایع اردیبهشت - فروردین 1 شماره هفتم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله

6 ... پلیآکریلونیتریل غشای شکلشناسی بر ساخت شرایط اثر وهمکاران علوی علی سید آب انعقاد حمام در فيلم ماندگاري زمان 3 min محیط در حالل تبخیر زمان غشا خواص بر ريختهگري محلول در پليمر غلظت اثر ۱- جدول 25 C. دماي با 24 h خالص E (MPa) Q w (L/m 2 h) d p,max (μm) p b (psi) Sh (%) ε (%) t c (s) )wt%( پلیمر غلظت غشا نمونه 3/8 228/41 0/ /1 113/49 0/ /13 93/85 0/ افزایش با است آمده 1 جدول در که همانطور مییابد. افزايش مشكلتر غشا از گاز عبور غشا جمعشدگی افزايش و پلیمر غلظت توجه با بنابراين است. نياز بیشتري فشارهای به نتيجه در و شده عبوري آب شار مقدار و شده کوچکتر d p,max اندازه )3( معادله به قطر اندازه کاهش نیز و عبوری آب شار کاهش ميشود. كم نيز تأیید نیز پژوهشگران سایر توسط پلیمر غلظت افزایش با حفرهها غلظت افزایش با ]30[ همکاران و Paul ] [. است شده مقدار کاهش وزنی 15% به 10% از DMF حالل در PAN محلول نیز حاضر مطالعه در کردهاند. گزارش را 74% مقدار به عبوری شار به عبوری شار مقدار وزنی 15% به 13% از PAN غلظت افزایش با ]16[ همکاران و Lohokare گزارش مطابق یافت. کاهش 41% مقدار به پلیمر غلظت افزایش با PAN نامتقارن غشای برای d p,max کاهش است. غیرخطی شکل و فشار برابر در آن انعطافپذیری مقدار يا غشا مكانيكي استحكام با کلی بهطور دارد. بستگی حفرهها توزیع و اندازه به پارگی بهوسیله غشا به شده وارد نیروهای حفرهها اندازه کوچکترشدن نتیجه در میشود. داده انتقال بهتر غشا اليهرويي ریزتر حفرههای مييابد افزایش شده وارد نيروهاي به مربوط تنشهاي اتالف مقدار است آن شکنندگی کاهش و غشا استحكام افزايش نشاندهنده كه 1(. )جدول 2 شکل در مختلف غشاهاي عرضي مقطع و سطح SEM تصاویر پوسته با نامتقارن ساختاری نشانگر تصاوير اين است. شده داده نشان ماكرو ميكرو- حفرههای با زيراليه و ريز حفرههای داراي رويي ميشود مشاهده غشاها سطح تصاوير در غشاست. مقطع سطح در سطح حفرههای ريختهگري محلول در پليمر غلظت افزايش با پوسته تشکیل عرضي مقطع تصاوير در شدهاند. ريزتر بسيار غشا در PAN غلظت افزایش با است. مشهودتر 17% غلظت در رویی اندازه گستره نیز و شده آسانتر رویی پوسته تشکیل پليمري محلول نتايج كه میشود متمایل فرافیلترکردن غشای سمت به غشا حفرههای مشاهدات با نتایج این ميكند. تأييد را موضوع اين حباب نقطه آزمون توجه با همچنين ]16[. دارد مطابقت نیز همکاران و Lohokare - ماكرو وجود است نامتقارن شده ساخته غشاهای ساختار اينكه به حفرههای با مقايسه در زيراليه در بندانگشتي ميكروحفرههای شكنندگي خواص با غشاهايي و بهتر كششي استحكام اسفنجيشكل میکند. ایجاد را كمتري محیط در تبخیر زمان اثر )وارونگي غشا رويي اليه ايجاد براي محیط در تبخیر زمان بررسي برای اب PAN محلولهای غشا شکلشناسی بر زمان اين اثر و خشك( فاز فيلمهايي ايجاد از پس و شده تهيه DMF حالل در وزني 15% غلظت بهمدت محيط در تبخير و 300 µm اولیه ضخامت با دمای با خالص آب انعقاد حمام در فيلمها اين 480 s و زمان بررسي نتایج مرطوب(. فاز )وارونگي شدند داده قرار 25 C است. آمده 2 جدول در غشا مشخصات بر آن اثر و محیط در تبخیر از معیاری که لختهشدن زمان محيط در تبخیر زمان افزایش با تشکیل است. يافته افزايش نیز است ضدحالل و حالل تبادل سرعت اضافه مقاومت نقش كه غشا رویی سطح در ضخيمتر متراکم پوسته ضدحالل و حالل تبادل سرعت کاهش باعث دارد را جرم انتقال در 2( )شكل SEM تصاویر در موضوع این که است شده انعقاد حمام در کوچکتر برای روشني دلیل موضوع این است. مشاهده قابل نیز است شده غشا از عبوری آب شار کاهش باعث که حفرههاست شدن 2(. )جدول پلیفتاالزینون فرافیلترکردن نامتقارن غشای برای همکاران و Sun فرافیلترکردن آلیاژی غشای برای همکاران و مدائنی و کتون اترسولفون ضخامت تبخیر زمان افزایش با دادند نشان فلوئورید پلیوینیلیدن غشا از عبوری آب شار مقدار و شده بیشتر اسفنجیشکل رویی الیه توده تخلخل مقدار تبخیر زمان افزایش با ]25 31[. مییابد کاهش است. شده زیادتر نیز غشا جمعشدگی مقدار و یافته افزايش غشا تبخیر زمان افزایش دلیل به 3 min از بیشتر تبخیر زمانهای با غشاهای اثر در نامطلوب سطحی حفرههای تشکیل و محیط در حالل سطحی و موسوی دارند. زیادی سطحی نقصهای محیط در موجود رطوبت پلیسولفون توخالی الیاف غشای تهیه در دادند نشان همکاران 1393 اردیبهشت - فروردین 1 شماره هفتم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله 68

7 سید علی علوی و همکاران اثر شرایط ساخت بر شکلشناسی غشای پلیآکریلونیتریل... )الف( )ب( )ج( شکل ۲- اثر غلظت محلول پليمري بر ساختار سطحي )تصاوير سمت چپ( و مقطع عرضي )تصاوير سمت راست( غشاهای PAN با غلظت: )الف( 13% )ب( 15% و )ج( 17% وزني در.DMF 69 مجله علمی پژوهشی علوم و تکنولوژی پلیمر سال بیست و هفتم شماره 1 فروردین - اردیبهشت 1393

8 ... پلیآکریلونیتریل غشای شکلشناسی بر ساخت شرایط اثر وهمکاران علوی علی سید زمان 30 C محیط دمای 300 μm فيلم اوليه ضخامت وزني 15% غلظت با PAN )محلول غشا خواص بر محيط در تبخير زمان اثر ۲- جدول 25 C(. دماي با 24 h خالص آب انعقاد حمام در فيلم ماندگاري E (MPa) Q w (L/m 2 h) d p,max (μm) p b (psi) Sh (%) ε (%) t c (s) )s( تبخیر زمان غشا نمونه 3/2 149/65 0/353 5/ /7 147/92 0/ /4 128/09 0/ /1 113/49 0/ /9 106/23 0/088 20/5 62/ /3 100/58 0/ / همزمان کاهش سبب محیط( در تبخیر )زمان هوایی فاصله افزایش آنها بیرونی سطح نقصهای و شده الیاف بیرونی سطح تخلخل و قطر نیز شده تهیه غشاهای کششی استحکام ]18[. میدهد افزایش نیز را نيز کششی مدول تبخیر زمان افزایش با داد نشان نتايج و شد بررسی حفرههای یکنواختی دلیل به کششی مدول افزایش است. یافته افزایش نتايج مقايسه از است. بوده زیرالیه بیشتر تخلخل مقدار و بندانگشتی تبخير زمان پارامتر كه برميآيد چنين 2 و 1 جدولهای در شده ارائه کمتري اثر پليمري محلول در پلیمر غلظت با مقايسه در محيط در همانطور نیز غشا شکلشناسی خواص میگذارد. غشا مشخصات بر تبخیر زمان افزایش با میشود دیده ۳ شكل در SEM تصاویر در که است. شده ضخیمتر غشا رویی متراکم پوسته حمام دمای اثر اين شد. بررسی C دمایی محدوده در انعقاد حمام دمای اثر و 30 C محیط دمای % 15 وزنی ثابت غلظت شرايط در آزمونها و حمام دماي بررسي نتایج شد. انجام 3 min محيط در تبخیر زمان دماي افزايش با است. آمده ۳ جدول در غشا مشخصات بر آن اثر و شده بیشتر جرم( )انتقال ضدحالل و حالل تبادل سرعت حمام با همچنين میشود. انجام بیشتری سرعت با لختهشدن نتيجه در جمعشدگی مقدار و غشا تخلخل جرم انتقال سرعت افزايش اين و حفرهها اندازه افزايش باعث حمام دمای افزایش است. شده كم نيز آن است. شده عبوري آب شار افزایش نتيجه در درشتحفرههایی حمام دماي افزايش با كه است اين توجه قابل نكته میکروفیلترکردن غشاهای گستره در اندازهاي با غشا ساختار در ]19[ Buschatz و Scharnagle است. شده ايجاد 0/1( μm از )بزرگتر كاهش 20 C از کمتر به حمام دماي كاهش با كردند گزارش غشا پسزني درصد افزایش نتيجه در و حفرهها اندازه در محسوسي ميشود. حاصل غشا کششی استحکام افزايش نیز و دکستران برای اتیلن- کوپلیمر از شده ساخته غشای برای ]32[ همکاران و Young گرفتند نتیجه ایزوپروپانول و آب ترکیبی انعقاد حمام در الکل وینیل مایع( - )مایع دوفازیشدن سازوکار 65 C( از )بیش زیاد دماهای در که در بزرگ حفرههای تشکیل به منجر که است غالب انعقاد حمام در از )کمتر کم دماهای در که است حالی در این میشود. غشا ساختار رفتار نتیجه در است. ساختار کنترلکننده پلیمر تبلور سازوکار 25 C( مالحظهای قابل اثر دما کاهش یا افزایش اثر در شده مشاهده فازی SEM تصاویر به توجه با بنابراین دارد. نهایی غشای شکلشناسی بر در درشتحفرهها پدیدارشدن 4( )شکل غشا عرضی مقطع سطح سازوکار برتری از ناشی میتواند دما افزایش اثر در غشا زیرالیه این کاملشدن از پیش که باشد پلیمر تبلور سازوکار بر دوفازیشدن ]33[. است شده آغاز پلیمر تبلور در حفرهها دیوارههای در فاز دو آن اختالف و حمام دمای افزایش با غشاها مکانیکی استحکام كاهش بلوری شبكههاي بزرگترشدن اثر در ميتواند ریختهگری دمای با نايكنواختي اين كه باشد غشا ساختار در حفرهها نایکنواختی و پليمر است. مشهود ۳ شكل در غشاها عرضي مقطع SEM تصاوير در حمام شيميايي ترکیب اثر بر آن اثر آب انعقاد حمام به ایزوپروپانول مختلف مقادير افزودن با افزودنی جزء عنوان به IPA مقدار افزایش با شد. ارزیابی غشا خواص قابل مقدار به ضدحالل و حالل بین تبادل سرعت انعقاد حمام به در لختهشدن زمان مقادير افزايش بر اثرآن كه یافته کاهش مالحظهای IPA مولکولهای بیشتر تمایل رفتار اين علت است. آمده ۴ جدول برهمکنش نیز و PAN در انحاللپذیری برای خالص آب با مقایسه در است )DMF( پلیمري محلول حالل با آب مولکولهای قویتر قطبی کوچکتر نیز غشا حفرههای اندازه نتیجه در 5(. )جدول ]34 35[ آبگریز پلیمر برای دادند نشان ]36[ همکاران و Wang است. شده و قطبی انحاللپذیری پارامتر با ضدحاللی از استفاده ایمید پلیاتر 1393 اردیبهشت - فروردین 1 شماره هفتم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله 70

9 سید علی علوی و همکاران اثر شرایط ساخت بر شکلشناسی غشای پلیآکریلونیتریل... )الف( )ب( )ج( )د( )ه( شکل ۳- اثر زمان تبخير بر شکلشناسی غشاهاي :PAN )الف( 5 s )ب( 60 s )ج( 150 s )د( 240 s و )ه( 480 s )غلظت % 15 وزني ضخامت اوليه فيلم 300 μm دمای محیط 30 C زمان ماندگاري فيلم در حمام انعقاد آب خالص 24 h با دماي 25 C(. 71 مجله علمی پژوهشی علوم و تکنولوژی پلیمر سال بیست و هفتم شماره 1 فروردین - اردیبهشت 1393

10 ... پلیآکریلونیتریل غشای شکلشناسی بر ساخت شرایط اثر وهمکاران علوی علی سید حمام در فيلم ماندگاري زمان 3 min محيط در تبخير زمان وزني 15% غلظت با PAN )محلول غشا خواص بر انعقاد حمام دماي اثر ۳- جدول 24(. h خالص آب انعقاد E (MPa) Q w (L/m 2 h) d p,max (μm) p b (psi) Sh (%) ε (%) t c (s) )C ( حمام دمای غشا نمونه 5/1 113/49 0/ / / / /4 4/ / / ضدحالل - پلیمر بهتر امتزاجپذیری باعث کمتر هیدروژنی پیوند زا كه همانطور مییابد. افزایش انعقاد زمان نتیجه در و میشود آب با مقايسه در خالص IPA از استفاده برميآيد ۴ جدول نتايج افزايش و 39% مقدار به تخلخل كاهش باعث انعقاد حمام در خالص شد. 37 % حدود در جمعشدگی و قویتر هیدروژنی پیوندهای داشتن دلیل به آب مولکولهای )ب( )الف( )د( )ج( با غشا بندانگشتی درشتحفره بدنه بزرگنمایی )د( و 40 C )ج( و 35 C )ب( 30 C )الف( :PAN غشاي ساختار بر انعقاد دماي اثر ۴- شکل 24. h خالص آب انعقاد حمام در فيلم ماندگاري زمان 3 min محيط در تبخير زمان وزني 15% غلظت 40 C دمای 1393 اردیبهشت - فروردین 1 شماره هفتم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله 72

11 همکاران و علوی علی سید... پلیآکریلونیتریل غشای شکلشناسی بر ساخت شرایط اثر فيلم ماندگاري زمان 3 min محيط در تبخير زمان وزني 15% غلظت با PAN )محلول غشا خواص بر انعقاد حمام شيميايي تركيب اثر 4- جدول 25 C(. دماي با 24 h انعقاد حمام در E (MPa) Q w (L/m 2 h) d p,max (μm) p b (psi) Sh (%) ε (%) t c (s) )%wt( IPA مقدار غشا نمونه 5/1 2/55 2/41 2/30 2/22 2/15 1/83 113/ /1388 0/120 0/106 0/097 0/090 0/085 0/ / / /67 54/78 56/2 58/8 59/ مختلف شيميايي مواد )MPa 1/2 ( انحاللپذیری پارامترهاي جدول ۵ -.]29 30[ δ δ h δ p δ d ماده * 24/9 47/9)48/1( 23/6 27/4 11/3 34/2 16/4 9/1 13/7 31/3 6/1 14/1 17/4 12/3)14/3( 15/8 21/7 DMF H 2 O IPA PAN * δ = δ d + δp + δ h DMF با بیشتری تبادل سرعت دارای IPA با مقایسه در بیشتر قطبیت در بندانگشتی درشتحفرههای تشکیل سبب افزایش این که هستند با نيز خالص آب شار میشود. آن در تخلخل افزایش و غشا بدنه رد اسفنجی چگال الیه ضخیمشدن و غشا حفرههای کوچکترشدن است. یافته کاهش 50% حدود پلیوینیلیدن غشای برای مشابهی نتایج پورقربانی و مدائنی 20-50% )v/v( افزودن با که بهطوری ]30[ کردهاند گزارش فلوئورید از غشا از عبوری آب شار مقدار )آب( انعقاد حمام به IPA از )ب( )الف( روی )ب( و شیشه روی )الف( شده: ساخته غشاي IPA انعقاد حمام در شده ساخته غشای خواص بر بيبافت الياف نگهدارنده اليه اثر ۵- شکل است(. شده انجام عكسبرداري سپس و جداشده نگهدارنده اليه روي از ساخت مراحل تكميل از پس غشا )نمونه بيبافت الياف نگهدارنده اردیبهشت - فروردین 1 شماره هفتم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله

12 ... پلیآکریلونیتریل غشای شکلشناسی بر ساخت شرایط اثر وهمکاران علوی علی سید فيلم ماندگاري زمان 3 min محيط در تبخير زمان وزني 15% غلظت با PAN )محلول غشا خواص بر بيبافت الياف نگهدارنده اليه اثر جدول ۶-25 C(. دماي با 24 h خالص IPA انعقاد حمام در E (MPa) Q w (L/m 2 h) d p,max (μm) p b (psi) Sh (%) ε (%) t c (s) غشا نوع غشا نمونه 1/83 58/27 0/ نگهدارنده الیه بدون 18 4/35 46/43 0/ نگهدارنده الیه با 19 ]21[ همکاران و Phadke است. شده كوچكتر 27%( مقدار به یعنی غشای برای بیبافت الیاف جنس از نگهدارنده الیههای کاربرد با 30% وزنی 13% غلظت با محلولی از شده ساخته PAN نامتقارن مقایسه در 1/2( μm به 1/8 μm قطر )از را حفرهها اندازه کاهش نیز حاضر کار در کردند. گزارش نگهدارنده الیه بدون غشای با مشابه نمونه به نسبت نگهدارنده اليه با نمونه در غشا جمعشدگی تخلخل مقدار و شده كمتر مالحظهاي قابل بهطور اليه اين بدون چسبندگی دلیل به میتواند که 5( )شكل است یافته كاهش نيز آن باشد. شیشه سطح با مقایسه در نگهدارنده الیه با غشا بین سطحی غشا كششي استحكام نگهدارنده اليه وجود مكانيكي خواص درباره عملياتي فشارهاي در آن شكنندگي از ميتواند و داده افزايش را كند. جلوگيري ماندگاری زمان اثر از نیز غشا خواص بر انعقاد حمام در پليمري فيلم زماندگاری زمان اثر در است. شده بررسی علمی منابع در کمتر که است پارامترهایی جمله اثر آنها کرد. اشاره ]37[ همکاران و Young کار به میتوان باره این غشای شکلشناسی بر انعقاد حمام در را پلیمری فیلم ماندگاری زمان ماندگاری زمانهای اثر پژوهش این در کردند. ارزیابی نامتقارن شد. بررسی غشا شکلشناسی و خواص بر 72 h و مختلف 7 جدول در غشا مشخصات بر آن اثر و زماندگاری زمان بررسي نتایج جمعشدگی و تخلخل مقادير ماندگاري زمان افزايش با است. آمده یافت. کاهش برابر( 16 حدود در )یعنی 0/42 L/m 2 h به 6/76 L/m 2 h حدود افزودن با ميدهد نشان نیز حاضر کار نتايج كه همانطور گستره در حفرهها اندازه انعقاد حمام ترکیب به IPA از وزنی 50% آب شار کاهش باعث که است گرفته قرار فرافیلترکردن غشاهای حدود 1/40 در )یعنی 81 L/m 2 h 113/49 به L/m 2 h از غشا از عبوری باعث انعقاد حمام در IPA مقدار افزایش همچنین است. شده برابر( الیه زیر در شبهاسفنجي حفرههای ايجاد و درشتحفرهها كاهش و غشا شکنندهترشدن آن نتیجه كه 5( )شکل شده نامتقارن غشاي مدول مقدار کمترین ترتيب بدين است. آن کششی استحکام کاهش در كه است نمونهاي به مربوط ساختهشده غشاهای بین در کششی است. شده ساخته خالص IPA انعقاد حمام غشا کارایی و ساختار بر نگهدارنده الیه اثر بر شده وارد تنشهاي كاهش و مکانیکی استحکام تقويت برای الیه روی تجاري فرافیلترکردن غشاهای اغلب ساخت حين غشا اليه وجود اثر نيز پژوهش این در میشوند. ساخته بیبافت الياف ريختهگري هنگام نگهدارنده عنوان به غشا زير در بيبافت الياف غشاي يعني حفره اندازه كوچكترين داراي نمونه روي محلول گستره در حفرههاي )با انعقاد حمام در خالص IPA كاربرد از حاصل 6 جدول در كه همانطور باره اين در شد. بررسي فرافیلترکردن( نگهدارنده اليه بدون نمونه به نسبت لختهشدن زمان ميشود مشاهده 0/054 μm به 0/069 μm )از نيز حفره بزرگترين اندازه و بيشتر خالص آب انعقاد حمام وزني 15% غلظت با PAN )محلول نگهدارنده الیه روی غشا خواص بر انعقاد حمام در فيلم ماندگاري زمان اثر ۷- جدول 25 C(. دماي با E (MPa) Q w (L/m 2 h) d p,max (μm) p b (psi) Sh (%) ε (%) در ماندگاری زمان )h( حمام غشا نمونه 3/5 142/49 0/3 6 40/ /1 128/93 0/17 10/5 44/ /1 113/49 0/ /8 95/75 0/ / اردیبهشت - فروردین 1 شماره هفتم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله 74

13 سید علی علوی و همکاران اثر شرایط ساخت بر شکلشناسی غشای پلیآکریلونیتریل... غشا افزایش یافته و اندازه حفرههای آن کوچکتر شده و در نتيجه مقدار شار آب نيز كم شده است. با افزایش زمان ماندگاری فیلم پلیمری غلظت حالل DMF در الیه مرزی تعادلی بین فیلم پلیمری و ضدحالل بیشتر میشود. در نتیجه با پایدارشدن سامانه تعادلی پلیمر- حالل- ضدحالل سرعت تبادل حالل و ضدحالل کنترل شده و بنابراین قطر بزرگترین حفره در پوسته رویی کاهش مییابد. همچنین در زمانهای ماندگاری طوالنی به دلیل داشتن زمان کافی برای بههم پیوستن ریزحفرهها و تشکیل درشتحفرهها و تبادل حالل زیادتر یکنواختی بهتری در حفرههای بندانگشتی زیر الیه مشاهده میشود ]13[. تصاویر SEM در شکل ۶ این مطلب را تأييد ميكند. درباره خواص مکانیکی افزایش یکنواختی ساختار بندانگشتی در زیر الیه افزايش استحکام کششی را منجر ميشود. بهطوری که افزایش سه برابر زمان ماندگاری )از 8 h تا 24( h مقاومت مکانیکی را تا 40% افزایش میدهد. بررسی جداسازی پروتئین شیر با غشا در کارهای انجام شده تاکنون نشان داده شده که شکلشناسی غشا بهطور قابل مالحظهای بر عملکرد جداسازی شیر مؤثر است ]38 39[. رحیمپور و همکاران ]38[ برای غشای نامتقارن پلیاتر سولفون با استفاده از ضدحالل آب نشان دادند افزایش سرعت تبادل حالل - ضدحالل باعث نازکترشدن پوسته رویی غشا و افزایش مقدار تخلخل توده غشا میشود. همچنین نشان دادند غشایی با پوسته رویی چگال با ضخامت بیشتر و قطر حفرههای کوچکتر و تخلخل کمتر )الف( )ب( شکل ۶- اثر زمان ماندگاري فيلم غشايي در حمام انعقاد بر خواص غشا: )الف( 8 h )ب( 16 h )ج( 24 h و )د( 72 h )غلظت 15% وزني حمام انعقاد آب خالص با دماي 25 C(. )ج( )د( 75 مجله علمی پژوهشی علوم و تکنولوژی پلیمر سال بیست و هفتم شماره 1 فروردین - اردیبهشت 1393

14 ... پلیآکریلونیتریل غشای شکلشناسی بر ساخت شرایط اثر وهمکاران علوی علی سید به پروتئين پسزني درصد و PAN غشاي از عبوري شار ۷- شكل در پروتئين اوليه )غلظت 8/6 bar خوراك فشار در غشا اين وسیله است(. بوده 3/3 g/100ml خوراك جريان شار مقدار کاهش و پسزنی ضریب افزایش باعث آن زیرالیه توده در فرافیلترکردن غشاهای عملکرد حاضر کار در میشود. شیر عبوری غلظت با خوزستان( )پگاه شیر چربي و پروتئین جداسازي در PAN فشار در 1/5 g/100ml چربی مقدار و 3/3 g/100ml پروتئین اوليه شد. ارزیابی 8/6 bar ثابت کاربرد برای غشا این قابلیت دادن نشان آزمون این از کلی هدف غشاها این انتخاب برای معیارها مهمترین از است. لبنی صنایع در برای شده انجام آزمونهای است. چربی و پروتئین مناسب پسزنی برای استاندارد آزمونهای همانند بنابراین است نکته این اثبات به که فرافیلترکردن غشاهای برای مولکولی وزن برش منحنی رسم انجام بنبستی روش با نیز آزمون این میشود. انجام بنبستی روش باید کاربرد این جنبههای سایر بررسی برای است پرواضح شد. تا شود انجام پیوسته و متقاطع جریان روش به بیشتری آزمونهای شود. مشخص زمان گذشت با و فرایند حین آن قابلیت شد استفاده 22 و غشاهای نمونه سه از منظور بدین ۷ شكل در كه همانطور دارند. را حفرهها اندازه كوچكترين كه قابل بهطور شیر پسزنی ضریب و عبوری شار مقدار ميشود مشاهده است. وابسته غشا حفرههای اندازه قطر و تخلخل مقدار به مالحظهای براي 3/77 L/m 2 h از عبوری شار مقدار حفرهها اندازه کوچکشدن با درصد است. یافته کاهش 19 غشاي براي 1/23 L/m 2 h به 22 غشاي افزايش 19 غشاي براي 93% به 22 غشاي براي 91% از پروتئين پسزني است. يافته شیر نمونه در موجود پروتئين و چربی حذف به مربوط دادههاي تراویده ماده جريان در شير چربي و پروتئين غلظت مقدار ۸- شكل و پروتئين اوليه )غلظت 8/6 bar خوراك فشار در PAN غشاي از است(. بوده 1/5 g/100ml و 3/3 ترتيب به خوراك جريان در چربي مشاهده كه همانطور است. شده داده نشان ۸ شكل در مقايسه براي كامل بهطور 19 غشاي از تراویده جریان در شير چربي ميشود در غشا ساختار تغییر اثر به میتوان را رفتار این است. شده حذف بهطوریکه دانست. مربوط انعقاد حمام در تغییر اثر بر فاز وارونگی در 22 نمونه و خالص ایزوپروپانول حمام در 19 و 18 غشا نمونههای ضخامت 19 و 18 غشاهای در بنابراین شدند. تهیه خالص آب حمام است. شده کمتر غشا تخلخل مقدار و بیشتر چگال رویی پوسته غشا بیشتر آبرفتگی و الیه زیر در اسفنجیشکل حفرههای وجود مالحظه قابل کاهش باعث که غشاست بیشتر فشردگی نشاندهنده پروتئین پسزنی و چربی حذف مقدار افزایش و عبوری شار مقدار است. شده شیر نتیجهگیری نامتقارن فرافیلترکردن - ميكرو غشای ساخت مختلف پارامترهای شکلشناسی و عملکرد بر فاز وارونگي روش به پليآكريلونيتريل پلیمر غلظت شده بررسی عوامل بین از است. شده ارزيابي غشا در را اثر بیشترین انعقاد حمام به ایزوپروپانول افزودن و محلول در داشتند. عبوری آب شار کاهش و غشا حفرههای اندازه کوچکترشدن کاهش و محلول گرانروی افزايش دليل به حفرهها اندازه تغيير اين انحاللپذیری پارامتر اختالف کاهش اثر در غشا لختهشدن سرعت حمام به ايزوپروپانول افزودن با البته ميدهد. روي ضدحالل و حالل داد نشان نتايج یافت. كاهش غشا مكانيكي استحكام مقدار انعقاد داشت غشا تخلخل بر را اثر بيشترين انعقاد حمام در ماندگاري زمان 1393 اردیبهشت - فروردین 1 شماره هفتم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله 76

15 سید علی علوی و همکاران اثر شرایط ساخت بر شکلشناسی غشای پلیآکریلونیتریل... بهطوري كه با افزایش زمان مقدار تخلخل بهطور قابل توجهي افزايش يافت. با افزايش زمان تبخير حالل در محيط ضخامت پوسته غشا افزايش يافت. كاهش دماي حمام انعقاد نيز باعث كاهش اندازه حفرهها و افزايش استحكام مكانيكي غشا شد. عملكرد غشا در جداسازي پروتئين شير بررسی و نشان داده شد كه با اصالحات انجام شده بر غشاي ميكروفيلترکردن دستيابي به ساختار فرافیلتر مقدور شده و در نتيجه مقدارجداسازي پروتئين و چربي شير افزايش يافت. مراجع 1. Mousa H.A., Investigation of UF Membranes Fouling by Humic acid, Desalination, 217, 38-51, Wang L., Su Y.L., Zheng L., Chen W., and Jiang Zh., Highly Efficient Antifouling Ultrafiltration Membranes Incorporating Zwitterionic Poly([3-(methacryloylamino) propyl]-dimethyl(3- sulfopropyl) ammonium hydroxide), J. Membr. Sci., 340, , Reddy A.V.R. and Patel H.R., Chemically Treated Polyethersulfone/Polyacrylonitrile Blend Ultrafiltration Membranes for Better Fouling Resistance, Desalination, 221, , Frăţilă-Apachiţei L.E. and Teodosiu C., Polyacrylonitrile Ultrafiltration Membranes for Recycling of Refinery and Petrochemical Effluents, Environ. Eng. Manag. J., 7, , Sanaeepur H., Ebadi Amooghin A., Moghadassi A.R., Kargari A., Ghanbari D., Sheikhi Mehrabadi Z., and Nademi M., CO 2 / CH 4 Separation via Polymeric Blend Membrane, Iran. Polym. J. Sci. Technol. (In Persian), 23, 17-28, Zamani Pedram M., Omidkhah M.R., Ebadi Amooghin A., Yaghani R., and Moghadam F., DEA-impregnated Crosslinked Poly(vinyl alcohol)/glutaraldehyde Polymeric Systems as CO 2 /CH 4 Gas Separation Membranes, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (In Persian), 25, , Jung B., Yoon J.K., Kim B., and Rhee H.W., Effect of Molecular Weight of Polymeric Additives on Formation Permeation Properties and Hypochlorite Treatment of Asymmetric Polyacrylonitrile Membranes, J. Membr. Sci., 243, 45-57, Lohokare H.R., Muthu M.R., Agarwal G.P., and Kharul U.K., Effective Arsenic Removal Using Polyacrylonitrile-based Ultrafiltration (UF) Membrane, J. Membr. Sci., 320, , Musale D.A., Kumar A., and Pleizier G., Formation and Characterization of Poly(Acrylonitrile)/Chitosan Composite Ultrafiltration Membranes, J. Membr. Sci., 154, , Wang J., Yue Zh., Ince J.S., and Economy J., Preparation of Nanofiltration Membranes from Polyacrylonitrile Ultrafiltration Membranes, J. Membr. Sci., 286, , Shen J., Li D., Jiang F., Qiu J.H., and Gao C.J., Purification and Concentration of Collagen by Charged Ultrafiltration Membrane of Hydrophilic Polyacrylonitrile Blend, Sep. Purif. Technol., 66, , Khulbe K.C., Feng C.Y., and Matsuura T., Synthetic Polymeric Membranes Characterization by Atomic Force Microscopy, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, Yang S. and Liu Zh., Preparation and Characterization of Polyacrylonitrile Ultrafiltration Membranes, J. Membr. Sci., 222, 87-98, Jung B., Preparation of Hydrophilic Polyacrylonitrile Blend Membranes for Ultrafiltration, J. Membr. Sci., 229, , Azari S., Karimi M., and Kish. M.H., Structural Properties of Poly(acrylonitrile) Membrane Prepared with Different Cast Thicknesses, Ind. Eng. Chem. Res., 49, , Lohokare H., Bhole Y., Taralkar S., and Kharul U., Poly (acrylonitrile) based Ultrafiltration Membranes: Optimization of Preparation Parameters, Desalination, 282, 46-53, Eskandari M., Mohammadi N., Nazokdast H., and Rekabdar F., Morphology Control in Cellulose Acetate Membrane, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (In Persian), 11, , Mousavi S.A., Pourafshari Chanar M., Sadeghi M., and Ahmadian A.A., Fabrication of Polysulfone Hollow Fiber Membrane and Effects of Solvent and Air-gap on Its Morphology, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (In Persian), 19, , 2007). 19. Scharnagle N. and Buschatz H., Polyacrylonitrile (PAN) Membranes for Ultra-and Microfiltration, Desalination, 139, , مجله علمی پژوهشی علوم و تکنولوژی پلیمر سال بیست و هفتم شماره 1 فروردین - اردیبهشت 1393

16 اثر شرایط ساخت بر شکلشناسی غشای پلیآکریلونیتریل... سید علی علوی وهمکاران 20. Mulder M.H.V., Basic Principles of Membrane Technology, Kluwer Academic, Dordrecht, Phadke M.A., Kulkarni S.S., Karode S.K., and Musale D.A., Poly(acrylonitrile) Ultrafiltration Membranes: II. Membrane Morphology and Permeation Characteristics, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys., 43, , Nouzaki K., Nagata M., Arai J., Idemoto Y., Koura N., Yanagishita H., Negishi H., Kitamoto D., Ikegami T., and Haraya K., Preparation of Polyacrylonitrile Ultrafiltration Membranes for Wastewater Treatment, Desalination, 144, 53-59, Madaeni S.S., Semsarzadeh M.A., Pourmoghadassi S., and Na mani H., Study of the Effect of Acetic Acid and Polyethylene Glycol on Morphology and Performance of Poly(vinyl alcohol) Membrane, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (In Persian), 16, 13-20, Soroush A., Barzin J., and Barikani M., The Role of Polymeric Additives on the Morphology and Performance of a Porous Layer of Nanofiltration Composite Membranes Based on Polyether Sulfone, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (In Persian), 23, , Sun W., Li L., Chen C., and Li J., Effects of Operation Conditions, Solvent and Gelation Bath on Morphology and Performance of PPESK Asymmetric Ultrafiltration Membrane, J. Appl. Polym. Sci., 108, , Jung B., Yoon J.K., Kim B., and Rhee H.W., Effect of Crystallization and Annealing on Polyacrylonitrile Membranes for Ultrafiltration, J. Membr. Sci., 246, 67-76, Standard Test Method for Pore Size Characteristics of Membrane Filters by Bubble Point and Mean Flow Pore Test, Annual Book of ASTM Standard, F316-03, Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting, Annual Book of ASTM Standard, D882-00, Ahmad A.L., Sarif M., and Ismail S., Development of an Integrally Skinned Ultrafiltration Membrane for Wastewater Treatment: Effect of Different Formulations of PSf/NMP/PVP on Flux and Rejection, Desalination, 179, , Paul D., Kamusewitz H., Hicke H.G., and Buschatz H., Separation Properties and Surface Morphology of Polyacrylonitrile Membranes, Acta Polym., 43, , Madaeni S.S. and Pourghorbani R., Preparation of PVDF/PES Blend Membranes for Cold Sterilization of Water and Milk, Adv. Polym. Technol., Vol. 1-12, Young T.H., Cheng L.P., Hsieh C.C., and Chen L.W., Phase Behavior of EVAL Polymers in Water-2-Propanol Cosolvent, Macromolecules, 31, , Bakhteyari L. and Madaeni S.S., A Review on Theoretical Prediction of Morphology Polymeric Membranes Prepared by Phase Inversion Method, Iran. Chem. Eng.J., , Van Krevelen D.W., Properties of Polymers, Elsevier B.V., Amsterdam, The Netherlands, 4 th ed., Hansen C.M., Hansen Solubility Parameters: a User s Handbook, CRC, New York, 2 nd ed., Wang D., Li K., and Teo W.K., Phase Separation in Polyetherimide/solvent/nonsolvent Systems and Membrane Formation, J. Appl. Polym. Sci., 71, , Young T.W. and Chen L.W., Roles of Bimolecular Intraction and Relative Diffusion Reat in Membrane Structure Control, J. Membr. Sci., 83, , Rahimpour R., Madaeni S.S., Amirinejad M., Mansourpanah Y., and Zereshki S., The Effect of Heat Treatment of PES and PVDF Ultrafiltration Membranes on Morphology and Performance for Milk Filtration, J. Membr. Sci., 330, , Madaeni S.S. and Rahimpour R., Effect of Type of Solvent and Non-solvents on Morphology and Performance of Polysulfone and Polyethersulfone Ultrafiltration Membranes for Milk Concentration, Polym. Adv. Technol., 16, , مجله علمی پژوهشی علوم و تکنولوژی پلیمر سال بیست و هفتم شماره 1 فروردین - اردیبهشت 1393