تم مناقشة رسالة الماجستير للطالبة حنين صبيح محمد في قسم الهندسة الكيمياوية عن البحث الموسوم (Effect of Electrospinning on the Fabricated Nonwoven Nanofibers Membranes Performance: Oil/Water Filtration). في يوم الثلاثاء الموافق 4 / 10 / 2022 وبأشراف أ.م.د. بسمة إسماعيل حسين
وقد تشكلت لجنة المناقشة من السادة
1- اللقب العلمي أ.د. مثنى جبار أحمد جامعة بغداد / كلية الهندسة رئيسا
2- اللقب العلمي أ.م.د.حيدر عبد الكريم رشيد جامعة بغداد / كلية الهندسة عضوا
3- اللقب العلمي أ.م.د.خالد تركي راشد الجامعة التكنلوجية/ كلية الهندسة عضوا
4- اللقب العلمي أ.م.د.بسمة إسماعيل حسين جامعة بغداد / كلية الهندسة عضوا ومشرفا
الملخص
إكتسبت أغشية الألياف النانوية الكهربائية اهتمامًا كبيرًا نظرًا لأدائها المتفوق. تُستخدم الأغشية القائمة على الألياف النانوية في العديد من التطبيقات نظرًا لميزاتها الفريدة ، مثل المسامية العالية ومساحة السطح لكل وحدة حجم والقدرات الوظيفية المتميزة وهيكل المسام المترابط. ومع ذلك ، فإن القوة الميكانيكية المنخفضة لأغشية الألياف النانوية المغزولة كهربائياً، مثل الصلابة والقوة المنخفضة، بسبب أقطارها الليفية الصغيرة ، وهيكلها المسامي للغاية، وعدم كفاية الترابط الليفي، تحد من تطبيقاتها في العديد من الجوانب التي تحتاج إلى قوة كافية، مثل معالجة المياه. استخدمت هذه الأطروحة تقنية الغزل الكهربائي لتصنيع أغشية ألياف نانوية غير منسوجة عالية الأداء وقوية ميكانيكيًا لفصل الزيت المستحلب عن الماء.
تم تطبيق ثلاث طرق لتعزيز القوة الميكانيكية لأغشية الألياف النانوية غير المنسوجة لتكون فعالة في نظام ترشيح الزيت المستحلب. كان الأسلوب الأول هو تعديل معاملات الغزل الكهربائي أثناء تصنيع أغشية ألياف نانوية غير منسوجة باستخدام البولي أكريلونيتريل (PAN) كانت معاملات الغزل الكهربائي المدروسة هي نوع المذيب، تركيز البوليمر، معدل تدفق المحلول، سرعة دوران المجمع، والمسافة بين الإبرة والمجمع. تم تمييز أغشية الألياف النانوية المصنعة باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني (SEM) لفهم مورفولوجيا السطح وتقدير متوسط أحجام الألياف. تم قياس نسبة مسامية الغشاء باستخدام طريقة الوزن الجاف الرطب. كما تم استخدام محلل ميكانيكي ديناميكي لتحديد خصائص القوة الميكانيكية (قوة الشد ومعامل يونغ).
أظهرت النتائج أن استخدام DMF كمذيب لمسحوق PAN أنتج أفضل الألياف من حيث حجم الألياف وبنية السطح والمسامية والقوة الميكانيكية من بين الانواع المختلفه من المذيبات المستخدمة وهي ميثال بوليدين,ثنائي ميثايل سولفوكسايت وثنائي ميثال فورمامايد. يؤثر تركيز البوليمر ومعدل التدفق بشكل أساسي على حجم الألياف ومساميها في أغشية الألياف النانوية. تؤدي زيادة تركيز البوليمرمن(10,13,16% )إلى تحسين القوة من (1.47,2.1,2.56)والمرونة مع قيمةمعامل يونغ (25,12.73,2.02)، بينما لا يؤثر معدل التدفق بوضوح على القوة الميكانيكية لأغشية الألياف النانوية مع قيم متقاربة من الشد(1.47,1.48,1.5). زادت مرونة غشاء الألياف النانوية بشكل كبير مع زيادة سرعة المجمع من (70,140,210) بالنسبة الى قيم معامل يونغ ( (25,8,10 بينما زيادة مسافة الدوران من ((13,15,17 يؤدي الى زيادة كل من قوة الشد من . (1.479,1.470,2.4)يمكن تصنيع أغشية الألياف النانوية القوية والمرنة ذات الألياف الصغيرة باستخدام 10% PAN/DMFبمعدل تدفق 1 مل / ساعة، وسرعة تجميع 140 دورة في الدقيقة، ومسافة دوران 13 سم، وهي أفضل الظروف.
كانت الطريقة الثانية هي تصنيع غشاء من الألياف النانوية متعدد الطبقات عن طريق حقن محاليل PAN/DMF ذو تركيزات مختلفة (10، 13، 16٪) طبقة تلو طبقة. بالمقارنة مع 10٪ من أغشية الألياف النانوية أحادية الطبقة PAN/DMF، أظهر غشاء الألياف النانوية متعدد الطبقات قوة (2.2)ومرونة أعلى مع معامل يونغ(9.23) بينما قوة الشد والمرونة للطبقة الاحادية (1.7,16) على التوالي. اما في الطريقة الثالثة ، تم استخدام طريقة بخار المذيب كنهج تعديل ما بعد المعالجة لتحسين الخواص الميكانيكية لغشاء الألياف النانوية المُصنَّع المستند إلى PAN عبر اندماج نقاط الوصل بين الألياف المستحثة بالمذيبات.قوة الشد للاغشية المفردة والمزدوجة المعالجة (2,2.44) مقارنة مع الاغشية غير المعالجة (1.7,2). تم دراسة شكل السطح وحجم الألياف والمسامية والخصائص الميكانيكية لتقييم تأثير التعديل على الأغشية المصنعة. وفقًا لنتائج التحليل ، عززت أغشية الألياف النانوية ذات الطبقة الواحدة والمتعددة الطبقات المستندة إلى PAN قوتها ومرونتها بشكل كبير.
تم تطبيق الأغشية المصنعة في ترشيح الزيت المستحلب باستخدام نظام ترشيح خلية التدفق المتقاطع. بالإضافة إلى نتائج تحليل التوصيف، عززت نتائج الترشيح أداء ترشيح الزيت للغشاء المُصنع في أفضل حالة غزل كهربائي (10%PAN/DMF, 1mL/hr, 13 cm, and 140 rpm)الظروف الاصلية (10%PAN/DMF, 1mL/hr, 15 cm , and 70rpm) مع زمن حياة اعلى بثلاث مرات من الغشاء المصنع في أيضًا، أظهر هيكل الغشاء متعدد الطبقات المُصنَّع مزيدًا من التحسين في القوة وأداء الترشيح (12900 LMH and 52.78 %) مع وقت ترشيح أطول، يصل إلى ثلاثة أضعاف وقت الترشيح للطبقة المفردة، بسبب التحسن في القوة الميكانيكية. علاوة على ذلك، أدى تطبيق نهج المعالجة اللاحقة بالبخار على أغشية الألياف النانوية متعددة الطبقات المصنعة إلى زيادة كبيرة في وقت الترشيح ورفض الزيت. أظهر الغشاء متعدد الطبقات المعتمد على PAN أعلى أداء مع أطول وقت تشغيل يصل إلى 5 ساعات عند ضغط الغشاء (TMP) بمقدارpsig 25 مع تدفق نفاذي و فصل الزيت 1140 LMH و 82.16%، على التوالي.أيضًا ، تم اختبار الغشاء متعدد الطبقات بعد المعالجة تحت ضغط غشاء أعلى (30 و 35psig (. أدت زيادة TMP إلى 30 psig إلى تقليل وقت التمزق إلى ساعتين عندما كان التدفق المتخلل وفصل الزيت 3630 LMH و 73.06٪ على التوالي. أدت زيادة أخرى في TMP إلى 35 psig إلى تمزق الغشاء بعد 0.5 ساعة بتدفق نفاذي قدره 12045 LMH وفصل الزيت بنسبة66.77٪.
