در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

ي

2

پاييز

1391

09840468

اثر افزودنيهايي همچونCaO وBaO بر روي اين سيستم در تحقيقات برخي از محققين بررسي شـده بـود. در تحقيـقحاضر، اثر افزودنيMgO و تغييرات دما بر روي اين تركيبات و كيفيت جدايش فاز و اندازهي تخلخل آنهـا بررسـي شـدهاست. افزودن مقادير0،2 ،4 و6 درصد به همراه تغيير در دماي عمليات حرارتـي در چهـار دمـاي670، 690، 710 و 730 درجه سانتيگراد مورد بررسي قرار گرفت . براي ساخت ممبران شيشهاي، پس از ذوب كردن تركيب اوليه، مذاب حاصله سـردو س پس آنيل شد. قطعات حاصله در چهار دماي فوق عمليات حرارتي شده و سپس اچ شدند. بعد از بررسي نمونههـا توسـطآناليزSEM، نمونه ها تحت عمليات اسيد شويي قرار گرفته و سپس آناليزهاي تخلخل و سطح ويژه سـنجيBET بـر رويآنها انجام شد. در نهايت رسيدن به اندازه تخلخل ميانگين در حدودnm12 و همچنين توزيع گـستردهي تخلخـل از5 تـا100 نانومتر دستاورد مهم اين تحقيق محسوب مي شود.
كليد واژه: ممبران شيشه اي، شيشه هاي بوروسيليكاتي، MgO، متخلخل.
1- مقدمه
در طول نيم قرن اخير، وقتي كه اولين ممبران هاي سنتزي با خواص جداسازي قابل دسترسي شد، بسياري از كاربردهاي جذابتكنيكي و تجاري براي آن يافت شده است. امروز، 50 سال بعد از آن زمـان، ممبـران هـا و فرآينـدهاي ممبرانـي بـه ابزارهـايارزشمندي براي جدايش تركيبهاي مولكولي تبديل شدهاند. فرآينـدهاي ممبرانـي كاربردهـاي بـسياري در صـنايع شـيميايي وداروسازي مانند صنايع غذايي و صنايع زيستي دارند. آنها به عنوان جداكننده گاز در ابعاد صنعتي و آزمايـشگاهي مـورد اسـتفادههستند. صنايع مرتبط با ممبران ها امروزه رشد سريع چند ميليون يورويي در بازار را به همراه محـصولات و فرآينـدهاي در ابعـادصنعتي شاهد است. گسترش ممبرانها با اصلاح خواص آنها، اهميت ممبران ها و فرآيندهاي ممبراني را در جوامع توسعه يافتـهافزايش داده است. ممبران ها و فرآيندهاي ممبراني يك ويژگي عمومي دارند؛ آنها ميتوانند جدايش تركيبهاي مولكـولي را دردماي محدود به طور مؤثر و مقرون به صرفه و بدون واكنش مخرب انجام دهنـد[1]. فراينـدهاي جداسـازي توسـط ممبـران هـا ميتواند براي گسترهي وسيعي از كاربردها استفاده شود و اغلب داراي مزاياي شاخصي نسبت بـه فرآينـدهاي جداسـازي سـنتيمانند تقطير و جذب سطحي است؛ زيرا جداسازي بر مبناي فرآيندهاي فيزيكي است. بنابراين تغييـرات حرارتـي يـا شـيميايي يـا زيستي در اجزاء رخ نميدهد [2]. يكي از انواع بسيار مهم و به نسبت جديد ممبرانها، نوع شيشه اي آنها اسـت كـه امـروزه بـهدليل مزاياي آنها بسيار مورد توجه واقع شدهاند. از جملهي مزاياي ممبران هاي شيشه اي در مقايسه بـا سـاير انـواع ممبـران هـاميتوان به دارا بودن تخلخلهاي هم شكل و همچنين توانايي رسيدن با گسترهي وسيعي از اندازه تخلخـل در ايـن سيـستم هـااشاره كرد[3]. در تهيهي اين ممبران ها از تركيبات مختلفي استفاده ميشود كه يكـي از مهـمتـرين آنهـا، اسـتفاده از تركيبـاتبوروسيليكاتي ميباشد. اين شيشه ها پس از تهيه مورد عمليات حرارتي قرار گرفته تا در آن ها پديـده ي جـدايش فـازي رخ دهـد.
نتيجه جدايش فازي در اين شيشه هاي بوروسيليكاتي عموماً تشكيل دو فاز سيليسي و متابورات قليايي با ريزسـاختار اسـپينودالياست. در ادامه عمليات اسيد شويي بر روي آنها انجام شده تا يكي از فازهاي جداشونده كه محلـول در اسـيد اسـت از سيـستمخارج شده و در نتيجه يك سيستم متخلخل سيليسي بر جاي بماند. در صورتي كه بتوان نحوهي جدايش فازي و سـپس خـروجيكي از فازها را كنترل كرد، ميتوان به محصولي دست يافت كه داراي تخلخلهاي به هم پيوسته باشد.
در تحقيق حاضر، اثر افزودنMgO بر جدايش فازي و كنترل ابعاد تخلخل هاي سيستم شي شهاي بوروسيليكاتي مورد بررسي قرار گرفته است.
2- فعاليت هاي تجربي
ابتدا تركيب اوليهي نمونه مبنا, شامل 65% SiO2, 27.8%B2O3, 7.2%Na2O بر اسـاس تجربيـات قبلـي محققـين[5] انتخـابگرديد. براي تأمين سيليكا از سيليس، اكسيد بور از اسيد بوريك، و اكسيد سديم نيز از كربنـات سـديم، همگـي از شـركتMERK استفاده شد. سپس سه نمونه ديگر به همين روش اما با افزودن مقادير 2 و 4 و 6 درصدMgO ساخته شد كه براي افـزودنMgO ، هيدروكسيد منيزيم مورد استفاده قرار گرفت. نمونه هاي آماده شده به ترتيب ميزانMgO ي اضـافه شـده،4M ،2M ،0M و6M نام گذاري گرديد. ضمناً ميزان MgO به 100 گرم تركيب مبنا اضافه شد. جدول 1 نام گذاري كلي نمونه آورده شده است.
براي ذوب نمونهها، كوره در مدت زمان 2 ساعت به دماي°C 1420 رسيده و يك ساعت در اين دما نگهداري شد و سپس بوتـهاز كور ه خارج و در دماي°C 1450 بمدت 10 دقيقه نگهداري گرديد. بوته از كوره خارج و درون قالب فـولادي تخليـه شـد و درنهايت نمونه ها سريعاً به كورهي آنيل با دماي °C550 منتقل گرديد.
در مرحله ي بعد نمونهها تحت آزمايش DTA (Differential Thermal Analysis) قرار گرفت تا بر اساس نتـايج آن، دمـايعمليات حرارتي معين شود.
بر اساس نتايج آزمايشDTA دماي عمليات حرارتي حاصل شد. بر اين اساس حداقل دماي لازم عمليات حرارتـي°C 630 بـودكه اين دما، كمترين دماي پيك نمونهي0M بود و حداكثر آن نيز°C 850 بود كه اين دما هم دماي آخرين پيك نمونـهي6M بود. سپس نمونهها ابتدا در دماي°C 730 تحت عمليات حرارتي قرار گرفت. با مشاهدهي اين نمونه تصميم بر ادامهي عمليـاتحرارتي در محدودهي همين دما شد؛ زيرا نمونهي 4M به شدت اپك شده بود كه احتمال تبلور نيز داشـت . ضـمناً نمونـهي 0M هم رگه هاي بسيار كوچك بنفش رنگ كه حكايت از جدايش اندك داشت را دارا بود. بنابراين دماهـاي بعـدي عمليـات حرارتـي670، 690، 710 درجه سانتيگراد انتخاب شد. نمونه ها با نرخ گرمايش°C/min 10 در كورهي عمليات حرارتي بـه دمـاي مـوردنظر رسيده و سپس 3 ساعت در اين دما نگهداري شد.
جدول 1- نام گذاري نهايي نمونه ها بر اساس درصد افزودني و دماي عمليات حرارتي
دماي عمليات حرارتي (°C) %MgO نام نمونه
670 0 0M670
690 0 0M960
710 0 0M710
730 0 0M730
670 2 2M670
690 2 2M690
710 2 2M710
730 2 2M730
670 4 4M670
690 4 4M690
710 4 4M710
730 4 4M730
670 6 6M670
690 6 6M690
710 6 6M710
730 6 6M730
همچنين نمونه ي 4M730 براي بررسي وقوع يا عدم وقوع تبلور، توسط آزمـايشXRD (X-Ray Diffraction) مـورد آنـاليزقرار گرفت. براي اين كار، نمونه ي مورد نظر پودر و از الك مش 230 عبور داده شد.
نمونه هاي نهايي تحت عمليات برش، مانت، سنباده زني و پوليش قرار گرفتند. ابتدا نمونه هـا مانـت گـرم شـده و سـپس توسـطسنباده هاي مش 80 تا 3000 ساييده شده و در نهايت به وسيلهي دوغاب آلومينايي پوليش شدند.
سپس نمونه ها توسط غلظتهاي مختلفHF در زمانهاي متفاوت اچ و سپس آناليزOM بر روي نمونه ها انجام و در نهايت بـاتوجه به شدت خوردگي سطحي نمونهها، غلظت 1% و زمان 25 ثانيه براي اچ كـردن كليـهي نمونـههـا انتخـاب شـد. در ادامـهنمونه ها توسط SEM (Scattering Electron Microscopy) بررسي شد.
نمونه هاي عمليات حرارتي شده، براي انجام عمليات اسيد شويي برش داده شدند. ضمناً چـون هـدف از انجـام ايـن پـروژه، كـاربردشيشه ي مورد مطالعه در ممبران شيشهاي بود، نمونه ها به صورت قطعه، و نه به صورت پودر، تحت عمليات اسيد شويي قرار گرفت.
بمنظور بررسي ميزان جدايش و وضعيت تخلخلهاي نمونههاي بهينه پس از اسيد شويي، از روشBET استفاده گرديد. بر پايـهمطالعات صورت گرفته توسط گراندجين و همكاران [4] تاثير غلظت اسيد و زمان اسـيد شـويي بـر ريزسـاختار و انـدازه حفـراتشيشه هاي متخلخل بوروسيليكاتي بررسي شده است. مشاهده ميگردد كه مناسبترين ميزان خوردگي و بيشترين مقـدار حجـمتخلخل و سطح ويژه هنگامي رخ داده كه نمونه ها با اسيد 3/0 مولار تا 1 مولار به مدت 6 ساعت اسيد شـويي شـدند. در نتيجـهجهت يافتن شرايط اسيد شويي بهينه نمونه هاي دماي °C690 در اسيدHCl 3/0 مولار، 5/0 مولار و 1مولار در دمـاي °C50 ودماي محيط به مدت 6 ساعت اسيد شويي شدند . قابل ذكر است كه به علت آن كه هدف اين پـژوهش توليـد شيـشه متخلخـلجهت كاربردهاي ممبراني بوده است، اسيد شويي بر روي نمونه هاي بالك انجام گرفته است.
نمونه هاي اسيد شويي شده، در آخرين مرحلهي كار، تحت آنـاليزBET وBJH قـرار گرفـت تـا سـطح ويـژه و انـدازه و توزيـعتخلخل ها مشخص گردد.
در شكل 1 فلوچارت مراحل انجام كار مشخص شده است.


دیدگاهتان را بنویسید