فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال سی و یکم شماره 5 (پیاپی 157، آذر و دی 1397)

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال سی و یکم شماره 5 (پیاپی 157، آذر و دی 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/10/17
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید مرتضی مظفری، محمدحسین بهشتی * صفحات 409-426
    رزین های اپوکسی به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی و نیز مقاومت گرمایی، الکتریکی و شیمیایی خوب، به طور گسترده در صنایع کامپوزیت، هوافضا، ساختمان، الکترونیک، چسب و پوشش به کار گرفته می شوند. رزین های اپوکسی برای پخت به مواد شیمیایی نیاز دارند که عوامل پخت یا سخت کننده نامیده می شوند. این مواد، شرایط فراورش و خواص نهایی سامانه رزین را تحت تاثیر قرار می دهند. در حالت کلی، عوامل پخت اپوکسی ها را می توان به دو گروه معمولی (پخت محیطی یا پخت گرمایی) و تاخیری دسته بندی کرد. افزودن عوامل پخت معمولی به رزین برای انجام واکنش های شبکه ای شدن حتی در دمای محیط، سبب افزایش تدریجی گرانروی می شود و در نهایت رزین ژل شده و پخت می شود. اما، عوامل پخت تاخیری پس از افزوده شدن به رزین در دمای محیط واکنشی انجام نمی دهند و گرانروی آمیزه تغییر نمی کند، بنابراین، برای تهیه سامانه های تک جزئی رزین اپوکسی استفاده می شود. این عوامل پخت در شرایط معمول فعال نیستند و با رزین واکنشی نمی دهند. اما، با اعمال محرک خارجی مانند نور و گرما فعال می شوند. از آنجا که مهم ترین محرک خارجی گرماست، بنابراین عوامل پخت تاخیری از پرکاربردترین و رایج ترین عوامل پخت تاخیری-گرمایی هستند. عوامل پخت تاخیری-گرمایی شامل عوامل پخت تاخیری دارای هیدروژن فعال، کاتالیزی و محافظت شده با گروه های شیمیایی و میکروکپسولی ها هستند. عوامل پخت محافظت شده با گروه های شیمیایی عوامل پخت دارای هیدروژن فعال معمولی هستند که با گروه های شیمیایی محافظت می شوند. انتخاب نوع سامانه تاخیری موضوع مهمی بوده و بر شرایط فراورش و خواص نهایی رزین پخت شده بسیار اثرگذار است. در این مقاله آخرین یافته ها در این باره مرور شده است.
    کلیدواژگان: رزین اپوکسی، سخت کننده، عامل پخت تاخیری، کامپوزیت، گرانروی
  • محمد امانی تهرانی، حورا فرخنده نیا، فاطمه زمانی * صفحات 427-434
    فرضیه
    امروزه استفاده از داربست ها در مهندسی بافت برای ترمیم و بازسازی انواع ضایعات بدن از جمله ضایعات عصبی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. همچنین، استفاده از داربست های نانولیفی به دلیل تشابه ساختاری با ماتریس خارج سلولی بدن، بستر مناسبی برای رشد سلول هاست. بر این اساس، محور پژوهش حاضر بر پایه تولید داربست های نانولیفی رسانا برای کشت سلول های عصبی و اعمال تحریک الکتریکی بر آن هاست.
    روش ها
    از دو پلیمر زیست سازگار پلی کاپرولاکتون (PCL) و پلی( لاکتیک-co-گلیکولیک اسید) (PLGA) به عنوان ماده اصلی داربست و از پلیمر رسانای پلی آنیلین برای ایجاد رسانندگی در داربست ها استفاده شد. پس از تعیین و بهینه سازی مجموعه عوامل اثرگذار فرایند الکتروریسی بر خواص داربست، چهار نوع داربست نانولیفی آرایش یافته با چهار سطح پلیمر رسانا (0، 1، 10 و %18) تهیه شد. برای بررسی اثر رسانندگی داربست ها و تحریک الکتریکی بر رفتار سلول های عصبی، صفحه ای شامل الکترودهای فولاد زنگ نزن طراحی و تولید شد تا اعمال میدان الکتریکی به داربست ها حین آزمون های کشت سلولی را ممکن سازد.
    یافته ها
    خواص داربست ها شامل آب دوستی، رسانندگی، قطر الیاف و نیز نتایج کشت سلول با میکروسکوپی الکترونی پویشی، میکروسکوپی رقمی، دستگاه Atuolab و آزمون MTT بررسی و ارزیابی شد. نتایج حاصل از بررسی خواص فیزیکی داربست ها بیانگر آن است که با افزایش مقدار پلی آنیلین، قطر الیاف و آب دوستی داربست ها به طور معناداری کاهش می یابد. در آزمون های مربوط به کشت سلولی، شکل و مقدار تکثیر سلول های عصبی بررسی شد. تصاویر SEM حاصل نشانگر کشیدگی بیشتر سلول ها در نمونه های تحریک شده است و با افزایش مقدار پلی آنیلین این کشیدگی افزایش می یابد. همچنین با اعمال میدان الکتریکی، تکثیر سلول های عصبی روی داربست های رسانای دارای پلی آنیلین (تا مقدار 10% وزنی) افزایش یافته و پس از آن با افزایش پلیمر رسانا به علت ایجاد سمیت، تکثیر سلول ها کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: داربست نانولیفی الکتروریسی شده، تحریک الکتریکی، پلیمرهای رسانا، کشت سلول عصبی، رسانندگی الکتریکی
  • مهسا نعمتی، نگار رفیعی، سیدمحسن حسینی* صفحات 435-446
    فرضیه
    در این پژوهش، سطح غشاهای تبادل کاتیون ناهمگن بر پایه پلی(وینیل کلرید) با استفاده از لایه کامپوزیتی کیتوسان و نانوکامپوزیت گرافن اکسید-پلی آنیلین به منظور استفاده در فرایند الکترودیالیز اصلاح شد.
    روش ها
    نانو کامپوزیت های گرافن اکسید-پلی آنیلین از پلیمرشدن اکسایشی-شیمیایی درجای آنیلین در مجاورت نانوصفحه های گرافن اکسید تهیه شدند. برای ارزیابی غشاها، طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه، میکروسکوپ الکترونی پویشی، محتوای آب، شار و تراوایی، مقاومت یونی، قابلیت نرم سازی آب و قابلیت رسوب زدایی به کار گرفته شد.
    یافته ها
    نتایج طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه و تصاویر میکروسکوپ الکترونی تشکیل موفق لایه پلی آنیلین را روی نانوصفحه های گرافن اکسید نشان می دهد. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی تهیه شده، نشانگر تشکیل فیلم یکنواخت کیتوسان-نانوکامپوزیت گرافن اکسید-پلی آنیلین بر سطح غشاست. مقدار محتوای آب غشاهای اصلاح شده در مقایسه با نمونه پایه بهبود یافت. تراوایی و شار یون سدیم در غشاهای اصلاح شده دارای %1/0 وزنی نانوکامپوزیت به مقدار %20 بهبود یافت. مقاومت یونی سطحی غشاهای اصلاح شده با افزودن نانوکامپوزیت روند کاهشی نشان داد. غشاها قابلیت مطلوبی در حذف یون های عامل سختی آب (کلسیم و منیزیم) نشان دادند، به طوری که به مدت min 15 درصد جداسازی یون کلسیم و یون منیزیم به ترتیب به بیش از 61 و %79 رسید. همچنین، رسوبات تشکیل شده بر سطح غشاهای استفاده شده با صوت دهی به طور موثری زدوده شدند. غشای اصلاح شده عملکرد الکتروشیمیایی مناسبی در مقایسه با نتایج سایر پژوهشگران و نیز برخی نمونه های تجاری نشان دادند.
    کلیدواژگان: غشای تبادل کاتیون ناهمگن، اصلاح سطح، کیتوسان، گرافن اکسید-پلی آنیلین، یون زدایی
  • سیدمصطفی حسینی، مهدی رزاقی کاشانی* صفحات 447-460
    فرضیه
    مطالعات پیشین حاکی از آن است که سیلیکا و دوده به ترتیب فقط اثر کندکنندگی و شتاب دهی بر سینتیک ولکانش گوگردی لاستیک ها دارند. این طور فرض شد که از بعضی پدیده های سینتیکی در مشاهدات گذشته به علت نبود مطالعات نظام مند در این زمینه غفلت شده است. در این راستا به علت ماهیت خودکاتالیزی ولکانش و اثر انرژی سینتیکی زنجیر ها بر آن به نظر می رسد، پدیده کم تحرکی زنجیر های لاستیکی با وجود پرکننده های تقویت کننده نیز بتواند اثر مهمی بر تغییر سینتیک ولکانش گوگردی داشته باشد. این مفهوم تاکنون در مراجع به دقت بررسی نشده است.
    روش ها
    در این پژوهش، مطالعات سینتیکی با روش رئومتر صفحه نوسانی انجام شد. مقدار برهم کنش های پرکننده- پرکننده با روش های دینامیکی- مکانیکی و رسانایی سنجی الکتریکی به ترتیب برای آمیزه های پرشده با پرکننده های سیلیکا و دوده بررسی شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد، ماهیت خودکاتالیزگری ولکانش با وجود پرکننده ها صرف نظر از نوع و غلظت آن ثابت ماند. نشان داده شد، سرعت ولکانش در اثر افزایش غلظت پرکننده صرف نظر از نوع و شیمی سطح پرکننده از نقطه بیشینه ای عبور می کند. بدین ترتیب، سیلیکا در بارگذاری های کم قابلیت شتاب دهی دارد و پس از نقطه بحرانی باعث کندشدن سرعت ولکانش می شود. نقطه بحرانی سینتیکی برای هر دو نوع پرکننده سیلیکا و دوده وجود دارد و تایید شد، این نقطه منطبق بر آستانه نفوذ ذرات پرکننده است. این طور بحث شد که نه فقط شیمی سطح پرکننده، بلکه پدیده های فیزیکی ناشی از برهم کنش های پرکننده- پرکننده قابلیت تغییر سینتیک ولکانش را دارند. این اثر فیزیکی به بی تحرکی و نبود انرژی سینتیکی در زنجیر های پلیمری محبوس در شبکه پرکننده ها ارتباط داده شد که احتمال واکنش میان درشت رادیکال ها را کاهش می دهد. بنابراین، پژوهش مزبور توانست سازوکار واحدی را برای توصیف اثر پرکننده های تقویت کننده بر سینتیک ولکانش ارائه دهد.
    کلیدواژگان: لاستیک استیرن-بوتادی ان، سینتیک ولکانش، پرکننده تقویت کننده، دینامیک سامانه، برهم کنش پرکننده-پرکننده
  • ریحانه احمدی، حمیدرضا سنایی پور* ، آبتین عبادی عموقین، علی حیدری صفحات 461-474
    فرضیه
    جداسازی کربن دی اکسید (CO2) از گازهای خروجی دودکش ها به عنوان گاز گلخانه ای حاصل از سوختن سوخت های فسیلی از دغدغه های اصلی در کنترل انتشار گازهای گلخانه ای است. از میان فناوری های مختلف جداسازی گاز، فناوری غشایی به دلیل مزایای فراوان، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است.
    روش ها
    در این پژوهش، غشاهای آمیخته ای جدیدی از پلی( اتر-b- آمید) (Pebax) به عنوان ساختار اسکلتی غشا و گلیسرول به عنوان ماده افزودنی در شبکه غشا، به روش ریخته گری محلول-تبخیر حلال تهیه شد. تراوایی گازهای CO2 و نیتروژن (N2) در فشار خوراک 2 تا 10bar دمای 25 درجه اندازه گیری شد. سپس، گزینش پذیری CO2/N2 و نیز ضرایب نفوذ و انحلال گازها محاسبه شد. همچنین، اثر افزودن ترکیب درصدهای وزنی مختلف گلیسرول (%25-0) در ساختار غشا و اثر فشار خوراک بر تراوایی CO2 و گزینش پذیری CO2/N2 نیز بررسی شد. برای تعیین خواص شکل شناسی غشاهای تهیه شده، از آزمون های میکروسکوپی الکترونی پویشی گسیل میدانی
    (FE-SEM)، پراش پرتو X، گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC) و طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR) استفاده شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد، با افزودن گلیسرول در شبکه Pebax، تراوایی CO2 تا حدودی کاهش یافته اما گزینش پذیری CO2/N2 به طور چشمگیری افزایش یافته است. در فشار 10bar، گزینش پذیری غشای آمیخته ای با %15 وزنی گلیسرول %172 بیشتر از غشای Pebax خالص شد و تراوایی CO2 فقط به مقدار %23 کاهش یافت. بنابراین، غشای آمیخته ای دارای %15 وزنی گلیسرول به دلیل داشتن تراوایی مناسب CO2 و بیشترین مقدار گزینش پذیری CO2/N2، به عنوان غشای بهینه انتخاب شد. تصاویر FE-SEM غشای Pebax- گلیسرول بیانگر سازگاری مناسب و همگنی گلیسرول در ماتریس Pebax بود. آزمون XRD مشخص کرد، افزودن گلیسرول سبب کاهش بلورینگی غشا و کم شدن فاصله بین زنجیرهای پلیمر می شود. نتایج DSC نشان داد، با افزودن گلیسرول در ساختار غشا، دمای انتقال شیشه ای اندکی کمتر می شود. آزمون FTIR هیچ نوار جذبی جدیدی در مقایسه با نوارهای مربوط به مواد تشکیل دهنده غشا نشان نداد که نشانگر برهم کنش فیزیکی بین Pebax و گلیسرول است.
    کلیدواژگان: غشای آمیخته ای، Pebax، گلیسرول، کربن دی اکسید، نیتروژن
  • کمال الدین منصف، فاطمه داور، مریم همایونفال * صفحات 475-792
    فرضیه
    خواص سطحی و ساختاری غشا از موثرترین عوامل بر عملکرد فیلترکردن آن است. نانوساختارها به عنوان مهم ترین اصلاح کننده های غشاهای پلیمری در سال های اخیر مطرح بوده اند. در این پژوهش، به منظور بهبود چیدمان نانوذرات زیرکونیا در بستر غشاهای فرافیلترکردن پلی سولفون، گروه عاملی سولفات و کربوکسیلیک بر سطح این نانوذرات پوشش داده شدند. سپس ساختار و رفتار غشاهای نانوکامپوزیتی با غشای خام مقایسه شد
    روش ها
    نانوذرات ZrO2، وZr-COOH و Zr-SO4 به بستر غشای پلی سولفون (PSf) افزوده شده و عملکرد فیلترکردن غشاهای نانوکامپوزیتی در تصفیه پساب نساجی بررسی شد. بدین منظور آزمون های PZC ،EDX ،SEM ،AFM زاویه تماس، تخلخل سنجی، اندازه گیری گرانروی سنجی، بازیابی شار و جداسازی رنگینه انجام شد.
    یافته ها
    نتایج آزمون pH نقطه بار صفر (PZC) نشان داد، بار سطحی غشا با وجود نانوذرات ZrO2 و Zr-COOH، مثبت و با وجود نانوذرات Zr-SO4، خنثی است. تصاویر SEM نشان داد، وجود نانوذرات Zr-COOH به تخلخل بیشتر و اندازه کوچک تر نانوذرات و نانوذرات Zr-SO4 به تخلخل کمتر و اندازه بزرگ تر نانوذرات منجر می شود. نتایج آزمون های AFM و EDX نشان داد، وجود گروه عاملی موجب چیدمان نانوذرات در لایه سطحی غشا می شود و اثربخشی آن ها را در بهبود خواص سطحی غشا تقویت می کند. طراحی آزمون ها در این پژوهش به روش سطح پاسخ (RSM) انجام شد و تحلیل واریانس برای آزمون تخلخل و زاویه تماس نشان داد، مهم ترین عامل موثر در تخلخل و زاویه تماس مقدار غلظت نانوذره است، به طوری که در غلظت %13 پلیمر با افزایش از %0 تا %2 نانوذرات ZrO2، وZr-COOH و Zr-SO4 به ترتیب مقدار تخلخل 5، 19/12 و %24 و مقدار زاویه تماس 18، 22 و %19، کاهش می یابد. نتایج تحلیل واریانس جداسازی رنگینه نشان داد، عامل غلظت پلیمر موثرتر از عامل غلظت نانوذرات در جداسازی رنگینه است. همچنین، افزایش بازیابی شار از 0 تا %2 نانوذرات در غلظت %13 پلیمر برای نانوذرات ZrO2، وZr-COOH و Zr-SO4 به ترتیب 15، 25 و %45 بود.
    کلیدواژگان: گروه عاملی کربوکسیلیک اسید، گروه عاملی سولفات، نانوذرات ZrO2، غشای نانوکامپوزیتی، روش سطح پاسخ (RSM)
|
  • Sayed Morteza Mozaffari, Mohammad Hosain Beheshty * Pages 409-426
    Epoxy resins are widely used in composites, aerospace, construction, electronic, adhesive and coatings industries due to their high physical and mechanical, thermal resistance, electrical and chemical properties. For curing epoxy resins, a chemical material, called curing agent or hardener, must be used. Curing agents have strong effect on the processing conditions and final properties of the cured resins. In general, epoxy curing agents can be classified in two groups of normal (room or high temperature) and latent curing agents. Normal curing agents increase the resin viscosity at room temperature due to crosslinking or curing reactions and the resin is gelled and finally cured. The rate of viscosity increment would be different and depends on the kind of curing agent. On the other hand, latent curing agents cannot react with epoxy resin at room temperature and do not increase the resin viscosity. Therefore, they are being used for preparing one-part epoxy resins. Latent curing agents are not active at room temperature, but they will react with epoxy resin by the application of an external force like heat or light. Thermally-latent curing agents are well-known and they are widely used. They include substances with active hydrogen, and are catalyzed and protected by chemical groups and microcapsules. Selection of a latent curing system for an application is an important issue which affects the processing conditions and final properties of the cured resins. In this paper, the latest achievements in this area are reviewed.
    Keywords: epoxy resin, hardener, latent curing agent, composite, viscosity
  • Mohammad Amani, Tehran, Houra Farkhondehnia, Fatemeh Zamani* Pages 427-434
    Hypothesis
    Nowadays, the use of scaffolds in tissue engineering to repair and regenerate human lesions, including nervous injuries has been widely considered. Also, nanofibrous scaffolds due to their structural similarity with the extracellular matrix (ECM) in the body are found to be suitable substrates for cell growth. Therefore, the main focus of the present work is on the production of conductive nanofibrous scaffolds for neural cell culture and their electrical stimulation performance.
    Methods
    Two biocompatible polymers including polycaprolactone (PCL) and poly(lactic-co-glycolicacid) (PLGA) were used as main materials, and polyaniline (PANI) was applied as a conductive polymer to create conductivity in the substrates. After determination and optimization of the electrospinning process factors, 4 types of nanofibrous scaffolds with 4 levels of conductive polymer (0%, 1%, 10% and 18%) were prepared. To investigate the effect of scaffolds' conductivity and electrical stimulation on the nerve cells behavior, a plate with steel electrodes was designed to apply electrical field to the scaffolds during cell culture experiments.
    Findings
    SEM, Dino-Lite digital microscopy, Potentiostat-Galvanostat and 3-(4,5-dimethylthiazed-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay were used to study the properties of scaffolds including hydrophilicity, conductivity, fiber diameter and the results of cell culture. By investigation of the physical properties of the scaffolds it was shown that increasing the amount of PANI in scaffolds causes significant drop in the fiber diameter and hydrophilicity. In cell culture experiment, shape and proliferation of nerve cells were studied. MTT assay and SEM images showed that electrical stimulation, proportional to the amount of polyaniline, enhanced neurite outgrowth compared to the scaffolds that were not subjected to electrical stimulation. Furthermore, proliferation of cells on conductive scaffolds (by 10% v/w of PANI) increased and subsequently the cell proliferation decreased with increasing conductive polymer content due to its toxicity.
    Keywords: electrospun nanofibrous scaffold, electrical stimulation, conductive polymers, nerve cell culture, electrical conductivity
  • Mahsa Nemati, Negar Rafiei, Seyyed Mohsen Hosseini* Pages 435-446
    Hypothesis
    The surface modification of polyvinylchloride-based heterogeneous cation exchange membranes was carried out using chitosan-co-polyaniline/graphene oxide nanocomposite layer for the application in electrodialysis process.
    Methods
    The PANI/GO nanocomposites were prepared by in situ chemical oxidative polymerization of aniline in the presence of graphene oxide nanoplates. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), water content, flux and permeability, areal ionic resistance, water softening ability and fouling measurements were used to characterize the membrane.
    Findings
    The FTIR analysis results and SEM images demonstrated successful formation of polyaniline on the graphene oxide nanoplates. The scanning electron microscope images of membranes also exhibited a uniform layer of chitosan-co-PANI/graphene oxide nanoplates on the membrane surface. The water content of modified membranes was higher than that of pristine membrane. The sodium flux and sodium permeability were improved about 20% by 0.1 %wt PANI/graphene oxide nanocomposite. The areal ionic resistance of modified membranes also showed a decreasing trend by utilizing composite nanoplates in the membrane matrix. The prepared membranes showed good ability for Ca and Mg removal from water. The removal efficiency of Ca and Mg by membrane containing 0.5 %wt PANI/graphene oxide composite nanoplates was, respectively, 61 and 79% during 15 min. Moreover, the pollutant and foulant formed on the membrane surface were totally removed by sonication technique. The modified membranes showed suitable electrochemical characteristics compared to membranes reported by other researchers and made by industries.
    Keywords: heterogeneous cation exchange membrane, surface modification, chitosan, graphene oxide, polyaniline, deionization
  • Seyed Mostafa Hosseini, Mehdi Razzaghi Kashani * Pages 447-460
    Hypothesis
    It is demonstrated that silica and carbon black have inhibiting effect by the former and accelerating effect by the latter in the kinetics of sulfur vulcanization of rubber. It seems that in sulfur vulcanization reaction of rubber some kinetic phenomena are not systematically investigated. In this regard, due to the autocatalytic mechanism of vulcanization and the diffusional effect of its chains, it seems that immobilization of rubber chains as a result of the presence of reinforcing fillers has an essential role in changing the kinetics of sulfur vulcanization of rubber. This concept has not been explored in other researches.
    Methods
    Kinetics measurements were performed by means of an oscillating disc rheometer. The extent of filler/filler interactions was monitored by means of dynamic-mechanical and electrical conductivity tests for silica and carbon black filled compounds, respectively.
    Findings
    It was shown that the autocatalytic nature of the vulcanization remains unchanged regardless of the type and concentration of fillers. It was demonstrated that the vulcanization rate goes through a maximum as the loading of fillers rises, regardless of the type and surface chemistry of the fillers. Consequently, silica can also accelerate the vulcanization rate at low loading and decelerate it above a critical loading. Such critical loading exists for both silica and carbon-black, and it is related to the percolation threshold for filler network formation. Therefore, it is discussed that not only the filler surface chemistry, but also the physical phenomena originating from the filler/filler interactions can alter the vulcanization kinetics of rubbers. Such physical effect is attributed to the immobilization and lack of kinetic energy in the entrapped rubber chains which reduce the probability of reaction between the macro-radicals. Therefore, a single mechanism is introduced here to explain the effect of reinforcing fillers on the vulcanization kinetics of the filled rubber.
    Keywords: styrene-butadiene rubber, vulcanization kinetics, reinforcing filler, system dynamics, filler, filler interaction
  • Reyhane Ahmadi, Abtin Ebadi Amooghin, Ali Heydari, Hamidreza Sanaeepur* Pages 461-474
    Hypothesis
    Carbon dioxide (CO2) separation from flue gases as a green-house gas produced from the combustion of fossil fuels is one of the main concerns in controlling the green-house gas emissions. Among the various technologies employed for gas separation, membrane technology due to its many advantages has attracted more attentions.
    Methods
    A new blend membranes were prepared by solution casting/solvent evaporation method from poly(ether-b-amide) (Pebax) – as a backbone structure – and glycerol as an additive in the membrane matrix. CO2 and N2 permeability rates were measured at pressures of 2-10 bar and temperature of 25 °C. Afterwards, the CO2/N2 gas permeation properties were determined. Moreover, the effect of different glycerol loadings (0-25 wt%) in the membrane matrix and also the effect of feed pressure on CO2 permeability and CO2/N2 selectivity were investigated. Morphological characteristics of the prepared membranes were determined by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC) and Fourier transform infrared (FTIR) analyses.
    Findings
    The achieved results showed that by addition of glycerol to Pebax matrix, CO2 permeability was decreased somewhat but the CO2/N2 selectivity was considerably increased. At pressure of 10 bar, CO2/N2 selectivity of the blend membrane with 15 wt% glycerol was 172% higher than that of pure Pebax, while the CO2 permeability declined only by about 23%. Therefore, the blend membrane containing 15 wt% glycerol with a good CO2 permeability and a high CO2/N2 selectivity was selected as the optimum membrane. The FE-SEM observations revealed the compatibility and homogeneity of glycerol in the Pebax matrix. The XRD analysis determined that the addition of glycerol decreases the membrane crystallinity and the d-spacing between the polymer chains. The DSC results revealed that the insertion of glycerol in the membrane structure decreased the glass transition temperature. The FTIR spectra showed no new absorption band except for those for the constituent species, which suggests a physical interaction between Pebax and glycerol.
    Keywords: blend membrane, Pebax, glycerol, carbon dioxide, nitrogen
  • Kamalodin Monsef, Fatemeh Davar, Maryam Homayoonfal* Pages 475-792
    Hypothesis
    Surface and structural modification of membranes in order to improve their filtration properties have been one of the vast research areas in the field of membranes in recent years. Nanomaterials are most widely used for modifying the surface and structure of the membranes. In this study, carboxylic acid and sulfate carboxylic groups were deposited on the surface of zirconia nanoparticles in order to improve their arrangement within the membrane matrix. Then, the structure and behavior of the nanocomposite membrane was compared with those of raw membrane.
    Methods
    ZrO2, Zr-COOH and Zr-SO4 nanoparticles were added to the polysulfone (PSf) membrane substrate, and the effect of the surface, structural and filtration properties of raw and nanocomposite membranes were compared in relation to their textile wastewater treatment performance. For this purpose, PZC, EDX, SEM, AFM, CA and porosity analysis as well as viscosity, flux recovery and dye rejection measurement were performed.
    Findings
    The results of analyses showed that the presence of Zr-COOH nanoparticles led to greater finger pores, smaller size of the nanoparticles, and the presence of Zr-SO4 nanoparticles led to fewer finger pores, less porosity and larger nanoparticle size. The presence of the functional groups increased the number of nanoparticles in the skin layer of the membrane and improved the membrane surface properties. Analysis of variance obtained using RSM method for porosity and contact angle data showed that the most effective factor on porosity and contact angle is nanoparticles concentration. By increasing the concentration of ZrO2, Zr-COOH and Zr-SO4 nanoparticles from 0 to 2 wt%, the flux recovery was increased by 15, 25 and 45%.
    Keywords: carboxylic functional group, sulfate functional group, ZrO2 nanoparticles, nanocomposite membrane, responce surface method