طراحی و ساخت غشا نانوفیلتراسیون برای جداسازی آب و اتانول به منظور کاربرد در فرآیند تولید اتانول زیستی در مقیاس آزمایشگاهی

تولید اقتصادی اتانول به عنوان سوخت سبز از منابع تجدیدپذیر از قبیل ضایعات لیگنوسلولزی با صرف انرژی کمتر در فرایند تولید، جداسازی و خالص سازی از مهم ترین موضوعات تحقیقاتی سوخت های زیستی در دنیا می باشد. یکی از پرهزینه ترین مراحل تولید اتانول زیستی، جداسازی آن از محیط فرمانتاسیون می باشد که به دلیل فرایند تقطیر مصرف انرژی بسیار بالایی را به خود اختصاص داده است. امروزه، سیستم های غشایی تراوش تبخیری به دلیل صرف انرژی پایین و خصوصیات عملکردی مناسب به عنوان مهمترین جایگزین و مکمل سیستم های تقطیر جهت جداسازی و آبگیری اتانول معرفی شده اند و در حال حاضر تحقیقات گسترده ای در خصوص بهبود کارایی سیستم ها و غشاهای تجاری موجود جهت جداسازی اتانول از محیط فرمانتاسیون در حال اجرا می باشد. در این پروژه امکان استفاده از غشاهای کامپوزیت پلیمری میکروفیلتراسیون و نانوفیلتراسیون جهت جداسازی اتانول از آب با استفاده از سیستم تراوش تبخیری ،جهت دستیابی به شار و میزان جداسازی بالای اتانول مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور، ابتدا پایه های میکروفیلتراسیون پلی اتر سولفون با روش جدایش فازی ساخته شد و سپس نتایج ساختاری پایه های پلی اترسولفون مورد ارزیابی قرار گرفت. در مرحله بعدی غشای نانو فیلتراسیون ‭PDMS/PES ‬ساخته شد و عملکرد آن در جداسازی اتانول از آب با استفاده از بررسی تاثیر زاویه تماس، میزان زبری و توزیع اندازه حفرات غشاهای سنتز شده بر عملکرد غشا ارزیابی شد و سپس مورفولوژی سطح غشا نیز توسط ‭AFM ‬آنالیز شد. عملکرد غشاهای کامپوزیت با پایه هایی با ویسکوزیته متفاوت ‭PDMS ‬مقایسه شده و اثرات دما و غلظت اتانول در خوراک با استفاده از شار عبوری و میزان انتخاب پذیری غشا مورد بررسی قرار گرفت. کارایی غشاهای کامپوزیت ‭PDMS ‬با پایه های مختلف، همراه با فیلرآب گریز در لایه فعال و پایه های ثابت در سیستم تراوش تبخیری و در نهایت اثر ویسکوزیته ‭PDMS ‬بر کارایی غشای کامپوزیت ارزیابی شدند. نتایج نشان داده اند که از طریق بهینه سازی پارامترهای غشا مانند میزان زبری، میزان آبدوستی/آبگریزی، درصد فیلر، میزان ویسکوزیته لایه فعال و پارامترهای فرآیند تراوش تبخیری می توان به شار مناسبی با استفاده از غشا ساخته شده دست پیدا کرد.