ساخت غشای سلولزی نانوبلوری برای بهبود هم زمان استحکام، نفوذپذیری و حذف نمک تجهیزات جانبی: محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق شده اند نوعی غشای نانویی بر پایه نانوبلورهای سلولزی (CNC) را طراحی نمایند که می تواند سه خاصیت کلیدی در پروسه شیرین سازی آب یعنی استواری مکانیکی، نفوذپذیری آب و حذف نمک را بصورت هم زمان بهبود دهد؛ قابلیتی که سال ها یکی از بن بست های فناوری غشاء بوده است. به گزارش تجهیزات جانبی به نقل از ایسنا، در این طرح، با بررسی دقیق نسبت طول به قطر نانوبلورهای سلولزی و میزان بارگذاری آنها، ساختاری فراگیر و شبکه ای موسوم به «شبکه فراپیوندی درهم تنیده» (PIN) به وجود آمد که رفتار یک متامتریال را در غشاء بازآفرینی می کند. این شبکه، مسیرهای منظم و کنترل شده ای برای عبور آب شکل می دهد، با این حال از بازشدگی بیش ازحد ساختار که باعث کاهش حذف نمک می شود، جلوگیری می کند. نتایج نشان داده است که بارگذاری ۰٫۵۰ درصد وزنی CNC با نسبت طولی بالا بهترین وضعیت را بوجود می آورد و می تواند کارآمدی غشاهای شیرین سازی برای آب های لب شور را ارتقاء دهد. بحران جهانی آب شیرین سال هاست که کشورهای مختلف را ملزم به توسعه فناوری های کارآمد در عرصه شیرین سازی کرده است. با افزایش تقاضا برای آب قابل شرب و صنعتی، غشاهای پلیمری به یکی از مهم ترین ابزارهای جداسازی در تصفیه آب تبدیل گشته اند. در عین حال، این غشاها با یک معضل قدیمی مواجه هستند: ارتقاء هم زمان استواری مکانیکی، نفوذپذیری آب و توانایی حذف نمک. بهبود یکی از این خصوصیت ها به طور معمول به تضعیف دیگری منجر می شود و این تضاد ذاتی، پیشرفت صنعتی را محدود کرده است. یافتن ساختاری که بتواند این سه شاخص را در کنار هم بهبود دهد، یکی از اهداف اساسی پژوهش های غشایی در دهه اخیر بوده است. در جواب این چالش، گروهی از محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر با مطالعه خصوصیت های نانوبلورهای سلولزی و نحوه آرایش آنها در یک ماتریس پلیمری، موفق به ساخت غشای نانویی جدیدی شده اند که می تواند از این محدودیت تاریخی عبور کند. ماده پایه این غشاء، سلولز دی استات (CDA) است؛ یکی از پلیمرهای پایدار، دسترس پذیر و مناسب برای کاربردهای جداسازی. عنصر کلیدی پژوهش، نانوبلورهای سلولزی (CNC) است؛ ساختارهایی که از سلولز طبیعی استخراج می شوند و به علت نسبت طول به قطر بالا، استواری مکانیکی قابل توجه و سطح فعال زیاد، کاربردهای گسترده ای در علوم نانو دارند. نقش بخش نانویی در این پروژه در حقیقت به چگونگی آرایش و پیکربندی CNCها درون غشاء بازمی گردد. محققان نشان داده اند که تنها حضور نانوذرات کافی نیست؛ بلکه نوع شبکه ای که این نانومیله ها می سازند، تعیین کننده خواص نهائی ماده است. نسبت طول به قطر (aspect ratio) و درصد وزنی CNCها دو عامل اصلی هستند که الگوهای مختلفی از شبکه سازی و درهم تنیدگی را رقم می زنند. این الگوها می توانند از پخش تصادفی و پراکنده تا تشکیل یک شبکه درهم تنیده پیوسته متغیر باشند. در این مطالعه، چهار درصد بارگذاری ۰٫۱۵، ۰٫۲۵، ۰٫۵۰ و ۰٫۷۵ درصد وزنی برای CNCهای با نسبت طولی بالا بررسی گردید. نتایج آزمون های مکانیکی، ویسکوالاستیک و جداسازی نشان داد که در مقادیر پایین (۰٫۱۵ و ۰٫۲۵ درصد)، CNCها بصورت پراکنده یا در قالب شبکه ای تنگ اما محدود قرار می گیرند. اما از بارگذاری ۰٫۵۰ درصد به بالا، ساختار جدیدی شکل می گیرد؛ شبکه ای که محققان آنرا شبکه فراپیوندی درهم تنیده (Pervasive Interconnected Network – PIN) نامیده اند. این شبکه یک ساختار پیوسته و گسترده از نانومیله هاست که نه فقط استواری غشاء را بیشتر می کند، بلکه رفتار دینامیکی عبور مولکول ها و یون ها را هم تغییر می دهد. در غشاهای معمولی، افزایش سرعت عبور آب یا باعث کاهش حذف نمک می شود یا ساختار غشاء برای عملکرد پایدار، نیازمند ضخامت بیشتر است. اما در غشای طراحی شده در دانشگاه امیرکبیر، ترکیب بهینه ۰٫۵۰ درصد CNC دارای نسبت طولی بالا، مسیرهای دوگانه و کنترل شده ای برای عبور مولکول های آب بوجود می آورد. این مسیرها اصطلاحاً مسیرهای دوقسمتی (bi-continuous) نام گرفته اند و برمبنای تحلیل های الکترواستاتیکی و فیزیکی، نقشی اساسی در کنترل عبور یون ها دارند. وجود این شبکه باعث می شود که غشاء در مقابل تغییرات فشار و بارگذاری مکانیکی مقاوم تر باشد. افزایش استواری مکانیکی به غشاء امکان می دهد تحت فشارهای عملیاتی بالاتر کار کند، بدون آن که ساختار پلیمری گرفتار گسیختگی شود. این خصوصیت در فرایند شیرین سازی آب های لب شور که فشار عملیاتی نسبتاً بالاست، اهمیت زیادی دارد. محققان برای درک دقیق تر رفتار این شبکه، از آزمون های ویسکوالاستیک خطی و غیرخطی استفاده کردند که نشان داد در بارگذاری های بالا، ساختار CNCها از حالت پخش شده خارج شده و یک شبکه متصل و پایدار تشکیل می دهد. همینطور بوسیله تحلیل CFE یا ضریب کارآمدی تقویت مکانیکی مشخص شد که بارگذاری ۰٫۵۰ درصد CNC بیشترین جهش را در استواری نسبت به ماده پایه ایجاد می کند، بدون آن که منجر به تجمع بیش ازحد و مسدودکردن مسیرهای عبوری شود. این تحقیق نه فقط چگونگی بهبود هم زمان سه شاخص کلیدی را روشن کرده، بلکه نشان داده که می توان با مهندسی حالت پراکنش نانومیله ها در یک پلیمر، ماده ای با رفتار متامتریال ساخت؛ یعنی ماده ای که خصوصیت های آن صرفا از اجزای تشکیل دهنده اش ناشی نمی گردد، بلکه از نحوه سازمان دهی آن اجزا در مقیاس نانو پدید می آید. نتایج نشان داده است که غشای نانویی حاوی ۰٫۵۰ درصد وزنی CNC با نسبت طولی بالا، عملکرد بهینه ای در تصفیه آب لب شور ارائه می کند و می تواند پایه ای برای توسعه غشاهای صنعتی جدید باشد. این کار نشان داده است که با درک صحیح از نقش شبکه های نانوساختاری می توان از محدودیت های متداول عبور کرد و بسمت غشاهای پایدارتر، کارآمدتر و مقاوم تر حرکت کرد. به نقل از ستاد نانو و میکرو، نتایج این پروژه در قالب مقاله ای در نشریه Carbohydrate Polymers به چاپ رسیده است. منبع: تجهیزات جانبی 1404/09/30 16:17:09 5.0 / 5 12 تگهای خبر: ابزار , پژوهشگران , دانشگاه , صنعت این مطلب را می پسندید؟ (1) (0) X تازه ترین مطالب مرتبط این چسب هر وقت بخواهید، آزاد و محکم می شود تعداد صداهای همراه با اکوسیستم اقتصاد دیجیتال در دولت محدود است ارائه موبایل پرچمدار هواوی با تراشه ارتقا یافته داخلی رتبه برتر خراسان رضوی در برون دادهای علمی و فناورانه نظرات بینندگان در مورد این مطلب لطفا شما هم در مورد این مطلب نظر دهید = ۲ بعلاوه ۵ فرستادن بازخورد