ماهي تقنية النانوفيبر التي تستخدمها air queen في منتجاتها
air queen و تقنية النانو فيبر
اهتمت air queen بتقنية النانو فيبر بعد ان اكتسبت المواد المهندسة اهتمامًا كبيرًا خلال العقود الماضية بسبب التحسن في التكنولوجيا وزيادة الطلب. تتطلب العديد من التطبيقات عادةً مواد قوية ميكانيكياً ، ومقاومة للتآكل ، وخفيفة الوزن ، وطويلة الأمد ، وقابلة لإعادة التدوير ، وسهلة المعالجة ، وسهلة التعامل ، ومواد إنجابية ، ومنخفضة السعر. يمكن للمواد البوليمرية أن تفي بالمتطلبات العامة للتطبيقات ذات المؤهلات العالية. حاليًا ، تُستخدم البوليمرات في كل مكان في حياتنا اليومية. بجانب المواد غير العضوية ، تستخدم البوليمرات بنشاط في تقنية النانو. تقنية النانو تعني أن العلم والتكنولوجيا يتم في أبعاد نانومترية. إن الأهمية الكبرى لتكنولوجيا النانو هي نسبة العرض إلى الارتفاع التي ترتبط بمساحة السطح الكبيرة إلى نسب الحجم وتأثيراتها الكمية. ليس من السهل استيراد علم البوليمر إلى تكنولوجيا النانو.
أحد المجالات الواعدة للألياف النانوية هو استخدام المواد البوليمرية بشكل أساسي. أثناء العملية ، يتم بثق المحلول البوليمري / المصهور أو سحبه أو تقسيمه إلى ألياف دقيقة جدًا باستخدام طرق كيميائية أو فيزيائية خارجية مثل المجال الكهربائي ، وقوة السحب ، والانقسام إلى قطع أصغر. تم الإبلاغ عن طرق مختلفة في الأدب لتحضير الألياف النانوية. بعض هذه الطرق هي الرسم ، 1 غزل كهربائي ، 2– 5 نفخ بالصهر ، 6 قوالب تخليق ، 7 ، 8 تجميع ذاتي ، 9 ، 10 فصل طور ، 11 جزيرة في البحر ، 12 قوة للغزل ، 13 ، 14 وغزل كهربائي للفقاعات. 15 من بين جميع الطرق ، فإن الغزل الكهربائي هو الطريقة الأكثر شيوعًا والأكثر استخدامًا لإنتاج ألياف النانو. يعتبر الغزل الكهربائي حتى الآن الطريقة الأكثر استخدامًا للإنتاج الصناعي. يتم إنتاج أكثر من نصف مواد البحث المتعلقة بالألياف النانوية بطرق الغزل الكهربائي. 14
الغزل الكهربائي
يتطلب الغزل الكهربائي أساسًا محلول / ذوبان بوليمري ومجال كهربائي. في معظم تصميمات إعداد الغزل الكهربائي ، توجد وحدة تغذية تنقل المحلول البوليمري / تذوب إلى المجال الكهربائي. يوجد مورد عالي الجهد متصل بمحلول التغذية. على الجانب الآخر من محلول التغذية ، يوجد مجمع معدني يمكن شحنه أو تأريضه بشكل معاكس. يتم إنشاء المجال الكهربائي بين محلول التغذية والمجمع الجانبي المقابل. إذا تغلب المجال الكهربائي المتولد على التوتر السطحي للمحلول البوليمري ، فإن مخروط تايلور 16ملاحظ؛ بعد ذلك ، يبدأ المحلول في التحرك نحو المجمع وتحت القوة وعدم الاستقرار ، سيتم ملاحظة الجلد أو الانقسام للمحلول البوليمري. أثناء الخفق ، يستمر الرسم حتى يتلامس المحلول البوليمري مع المجمع. يتسبب عدم استقرار الجلد في ثني الطائرة وتمددها. 17 من ناحية أخرى ، إذا كان هناك انقسام ، فإن المحلول البوليمري ينقسم إلى خيوط متعددة. يبدأ المذيب في التبخر أثناء الجلد أو الانقسام. شرح يارين وآخرون آلية عدم استقرار الانحناء. 18 يحسبون شكل مخروط الغلاف الذي يحيط بحلقات الانحناء للطائرة أثناء خفق المحلول البوليمري. تظهر صورة الجلد والانقسام في الشكل 1.
الشكل 1. سلوك الجلد والانقسام للطائرة البوليمرية تحت المجال الكهروستاتيكي.
يمكن تجميع طرق الغزل الكهربائي في قسمين مثل غزل كهربائي بإبرة وعديمة الإبر. بشكل عام ، يتم استخدام فوهة مفردة أو نظام إبرة في نظام الغزل الكهربائي لهدف البحث. في نظام الغزل الكهربائي بإبرة واحدة ، يتم تخزين المحلول البوليمري داخل إبرة متصلة بمورد عالي الجهد. يتم استخدام مضخة حقنة لتغذية المحلول لطرف الإبرة كما هو موضح في الشكل 2. هناك العديد من المعلمات في نظام الإبرة والتي لها دور فعال في مورفولوجيا وإنتاجية الألياف النانوية. يمكن تصنيف هذه المعلمات إلى مجموعتين كمعلمات للنظام والعملية. تتضمن معلمات النظام خصائص المحلول البوليمري مثل التركيز ، واللزوجة ، والتوصيل ، والتوتر السطحي ، والسماحية ، والوزن الجزيئي للبوليمر. من ناحية أخرى ، ترتبط معلمات العملية بإعداد الأجهزة والبيئة مثل الجهد المطبق ، والمسافة بين الأقطاب الكهربائية (طرف إلى المجمع) ، ومعدل تغذية المحلول ، وقطر طرف الإبرة ، والظروف المحيطة. تؤثر كل معلمة على التشكل السطحي للألياف النانوية. Deitzel et al. 19أظهر أن أكسيد البولي إيثيلين الخالي من العيوب (PEO) / ألياف نانوية مائية تم إنتاجه عند 5.5 كيلو فولت. عندما زاد الجهد إلى 9 كيلو فولت ، حدثت هياكل خرزية. أظهرت النتائج أن الجهد المطبق كان له تأثير معنوي على شكل الهيكل الخالي من القطرات والخرز. وجدوا أيضًا أن تركيز محلول PEO له تأثير كبير على الحجم النهائي وتوزيع الجسيمات. PEO بوزن جزيئي 400000 جم / مول ، بتركيزات تتراوح من 4-10٪ بالوزن من الألياف المنتجة. عندما ينخفض التركيز ، يكون للألياف شكل غير منتظم ؛ لوحظ وجود قطرات من الألياف أثناء الغزل الكهربائي. بالنسبة للحلول التي تحتوي على تركيز 15٪ بالوزن أو أكثر ، أصبح من الصعب تدوير لزوجة محاليل PEO بسبب القوة عبر إبرة حقنة الجهاز ، وامتدت القطرة الموجودة في نهاية الشعيرات الدموية إلى قطر سميك يبلغ حوالي 0.5 مم. الألياف الناتجة لها شكل أسطواني منتظم ولها في المتوسط قطر أكبر وأكثر اتساقًا. في معظم الحالات ، تؤدي الزيادة في التركيز والجهد المطبق إلى زيادة قطر الألياف. تم العثور على نتائج مماثلة في أعمال أخرى.20– استخدم 22 Matabola و Moutloali 23 ملح كلوريد الصوديوم (NaCl) كمادة مضافة إلى محلول فلوريد البولي فينيلدين (PVDF) / ثنائي ميثيل أسيتاميد لتحسين التشكل السطحي للألياف النانوية. زيادة غلة محتوى كلوريد الصوديوم لزيادة قطر الألياف. في العمل السابق ، تم إدخال أملاح كلوريد الليثيوم (LiCl) ورباعي إيثيلين بروميد الأمونيوم (TEAB) في محلول PEO / الماء بنسب مختلفة. 24 ، 25تؤدي إضافة الملح إلى زيادة الموصلية مع تقليل قابلية الدوران وإنتاجية الألياف النانوية. تم توضيح أن إضافة الملح إلى PEO يزيد من موصلية المحلول مما يدل على سلوكه كموصل. نتيجة لذلك ، يفقد المحلول خاصية النموذج المتسرب مما يؤدي إلى فقدان القدرة على إنشاء مخاريط تايلور. 26 ، 27 لوحظ نفس السلوك مع إضافة تركيز مختلف من ملح هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) إلى كحول عديد الفاينيل (PVA) / محلول مائي. 28 على العكس من ذلك ، وجد أن إضافة أملاح TEAB و LiCl إلى البولي يوريثين (PUR) / ثنائي ميثيل فورماميد زاد من عدد النفاثات مما يؤدي إلى إنتاجية أعلى. 25 ، 29– 31 كاسبر وآخرون. 32محضرة من البوليسترين (PS) / ألياف نانوية رباعي هيدرو بوران بوزن جزيئي مختلف لـ PS (31600 ، 171000 ، 190000 ، 560000 جم / مول) في رطوبة مختلفة. أظهرت الألياف الناتجة أن كلا من الرطوبة والوزن الجزيئي يؤثران على سطح المغزل الكهربائي PS. تم إنتاج قطر أكبر من الألياف وألياف نانوية أقل اتساقًا على شكل مسام عن طريق زيادة الوزن الجزيئي. علاوة على ذلك ، تؤدي زيادة الرطوبة إلى زيادة قطر المسام وشكلها وتوزيعها. تم إنتاج ألياف نانوية ملساء عند رطوبة أقل من 25٪ ، بينما لوحظت بنى مسامية عند 30٪ رطوبة نسبية. في عمل آخر ، تم غزل كهربائي مختلف من البولي أميد 66 بالوزن الجزيئي. أظهرت الألياف الناتجة أن زيادة الوزن الجزيئي يؤدي إلى زيادة قطر الألياف.33 لا يؤثر الوزن الجزيئي على قطر الألياف فحسب ، بل يؤثر أيضًا على القوة الميكانيكية للألياف. تؤدي الزيادة في الوزن الجزيئي إلى زيادة قوة الشد ومعامل حصيرة الألياف النانوية. 34
الشكل 2. رسم تخطيطي لنظام الغزل الكهربائي للإبرة.
باستخدام نظام الغزل الكهربائي الخالي من الإبرة والإبرة ، تم استخدام العديد من الحلول البوليمرية لإنتاج ألياف نانوية في تطبيقات مختلفة. يتم عرض بعض الأمثلة عليها في الجدولين 1 و 2 .
الجدول 1. الألياف النانوية المغزولة كهربائياً وتطبيقاتها باستخدام نظام الغزل الكهربائي للإبرة.
| الجدول 2. الألياف النانوية المغزولة كهربائياً والتطبيق باستخدام نظام الغزل الكهربائي الخالي من الإبرة. |
الجدول 2. الألياف النانوية المغزولة كهربائياً والتطبيق باستخدام نظام الغزل الكهربائي الخالي من الإبرة.
لا يكفي نظام الغزل الكهربائي بإبرة واحدة لتحقيق الإنتاجية. تم بالفعل تصميم أنظمة الغزل الكهربائي المختلفة لتحسين إنتاجية الألياف النانوية. تشمل هذه الطرق الغزل الكهربائي للفقاعة ، 96 ، 97 غزلًا كهربائيًا للسائل بطبقتين ، 98 غزلًا كهربائيًا متعدد النفاثات ، 99 غزلًا كهربائيًا بملف سلك مخروطي ، 100 غزل كهربائي للوحة حافة ، 101 غزل كهربائي بالأسطوانة الدوارة ، 102 ، 103 غزل كهربائي ، 104 ، 105وما إلى ذلك وهلم جرا. بالمقارنة مع نظام الغزل الكهربائي للإبرة ، فإن نظام الغزل الكهربائي الخالي من الإبرة له مزايا. على سبيل المثال ، يعد انسداد الإبر مشكلة ويجب أن تكون هناك مسافة مناسبة بين الإبر. خلاف ذلك ، فإن المجالات الكهربائية حول الإبرة تؤثر على بعضها البعض وتوقف الدوران. يتم استخدام كل من نظام الغزل الكهربائي بالأسطوانة والأسلاك حاليًا في النطاق الصناعي تحت الاسم التجاري Nanospider مع جيل مختلف. الجيل الأول من Nanospider عبارة عن بكرة دوارة غزل كهربائي حاصل على براءة اختراع بواسطة Jirsak et al. 102 كما هو موضح في الشكل 3.
الشكل 3. رسم تخطيطي لنظام الغزل الكهربائي.
في مبدأ نظام الغزل الكهربائي ، توجد أسطوانة دوارة مغمورة في خزان محلول بوليمر متصل بمورد عالي الجهد. يتم تغذية محلول البوليمر على سطح الأسطوانة عن طريق الدوران. يبدأ الغزل على سطح الأسطوانة. يتم الغزل في غرفة مغلقة للحفاظ على الظروف المحيطة والحفاظ على استقرارها أثناء العملية. يلعب كل من النظام ومعلمات العملية دورًا كبيرًا في المنتج النهائي. تختلف معلمات عملية نظام الغزل الكهربائي للأسطوانة تمامًا مقارنةً بالغزل الكهربائي للإبرة بسبب إعداد مختلف. في الأدب من قبل Yalcinkaya وآخرون ، 106– 108 يتم تصنيف معلمات نظام الغزل الكهربائي الخالي من الإبرة على أنها “معلمات مستقلة ومستقلة” كما هو موضح في الجدول 3 . من ناحية أخرى ، لم يتم بعد التحقق من معلمات نظام الغزل الكهربائي للسلك.
الجدول 3. معلمات مستقلة ومستقلة لنظام الغزل الكهربائي بدون إبر. 106– 108 .
مبدأ عمل الغزل الكهربائي للسلك يختلف عن الغزل الكهربائي للأسطوانة. يتم وضع المحلول البوليمري في خزان مغلق وهو وحدة التغذية. في منتصف خزان المحلول ، يوجد سلك يمر عبر منطقة الدوران. السلك متصل بمورد الجهد العالي. يتحرك خزان المحلول ذهابًا وإيابًا ويتغذى المحلول على السلك. يتم وضع قطب السلك الثاني على الجانب العلوي الذي يحتوي عمومًا على شحنة معاكسة لقطب السلك الهابط أو مؤرض. يتم وضع مادة داعمة للناقل أمام القطب الصاعد لتجميع الألياف النانوية. 104 الشكل 4 يوضح الرسم التخطيطي لنظام الغزل الكهربائي للأسلاك.
الشكل 4. رسم تخطيطي لنظام الغزل الكهربائي للأسلاك.
تتمثل مزايا نظام الأسلاك مقارنة بالأسطوانة في أن المحلول موجود في خزان مغلق وأن سطح القطب السلكي أضيق مما يزيد من شدة المجال الكهربائي حول السلك. الحلول البوليمرية المختلفة ممكنة للكهرباء في النطاق الصناعي. تتمثل المزايا الرئيسية للألياف النانوية في مساحة سطحها المحددة ، ونسبة العرض إلى الارتفاع العالية ، والهيكل المسامي الشديد ، وصغر حجم المسام. أظهرت الألياف النانوية خصائص فريدة وإمكانات تطبيق هائلة. تنقية المياه هي واحدة من مجالات التطبيق الناجحة للألياف النانوية. تتم مناقشة أغشية الألياف النانوية في تطبيق التقطير الغشائي (MD) في القسم التالي.
ألياف النانو في تنقية المياه – AIR QUEEN
التقطير الغشائي
MD هي عملية فصل المياه وهي واحدة من تقنيات تحلية المياه الناشئة لإنتاج المياه العذبة. بالمقارنة مع أنظمة الأغشية الأخرى ، يتمتع MD بالعديد من المزايا ، مثل رفض الملح العالي ، وانخفاض درجة حرارة التشغيل عن عمليات التقطير التقليدية ، وانخفاض استهلاك الطاقة (عند استخدام مصدر الطاقة البديل) ، وبالتالي هناك متطلبات ضغط تشغيل أقل ، متطلبات أقل من الغشاء الميكانيكي الخصائص. 109
المبدأ هو أن نقل البخار عبر الغشاء المائي الصغير الذي يسهل اختراقه مدفوعًا بتدرج ضغط البخار عبر الغشاء بسبب تدرج درجة الحرارة. يتبخر المذيب المتطاير عبر الغشاء عن طريق الانتشار و / أو الحمل الحراري. يتم نقل البخار إلى الحجرة ذات ضغط بخار منخفض حيث يتم تكثيفه في السائل البارد / مرحلة البخار ( الشكل 5).
الشكل 5. رسم توضيحي لعملية التقطير الغشائي.
تقنية MD قابلة للتطبيق في العديد من مجالات التطبيق مثل معالجة مياه الصرف الصحي ، وتقطير مياه البحر ، وفصل السوائل المتطايرة. على الرغم من أن نسبة رفض أغشية MD تصل إلى 100٪ ، إلا أن هذه التقنية لم تجد مكانًا لها في المرحلة الصناعية. يرجع السبب إلى انخفاض تدفق ونفاذية الأغشية ، واحتمال ترطيب المسام وفقدان المياه ، واستهلاك الطاقة ، وتكلفة الآلات. إلى جانب العيوب ، هناك العديد من مزايا MD ، مثل الرفض الكامل ، وعملية الفصل المدفوعة بالضغط المنخفض نتيجة لمتطلبات منخفضة للخصائص الميكانيكية وانخفاض درجة حرارة التشغيل. هناك عدة تكوينات لوحدة MD تم الإبلاغ عنها في الأدبيات بواسطة Khayet و Matsuura 110 و Wang and Chung ، 111مثل التقطير بغشاء التلامس المباشر (DCMD) ، وتقطير غشاء فجوة الهواء ، وتقطير غشاء الغاز الكاسح (SGMD) ، والتقطير الغشائي الفراغي (VMD). الغشاء هو أهم جزء في عملية MD ( الشكل 6).
الشكل 6. بعض تكوينات عملية MD. (أ) DCMD ، (ب) AGMD ، (ج) SGMD ، و (د) VMD (نشأت من 110 ). MD: تقطير الغشاء. DCMD: تقطير غشاء التلامس المباشر. AGMD: تقطير غشاء الفجوة الهوائية ؛ SGMD: تجتاح غشاء التقطير الغازي ؛ VMD: التقطير بغشاء الفراغ.
في DCMD ، يتم وضع غشاء بين محلول نفاذ ومحلول تغذية أكثر سخونة. يجب أن يكون لها تدرج في درجة الحرارة بين العلف والتخلل. الغشاء على اتصال مع كل من جانب التغذية ويتخلل. يتم استخدام محرك مغناطيسي أو مضخات دائرية لتدوير التغذية وتخلل الحل إلى أسطح الغشاء. نتيجة لاختلاف الحرارة على جانبي الغشاء ، يتم توليد ضغط البخار. يمر بخار محلول التغذية عبر مسام الغشاء عبر الانتشار أو الحمل الحراري.
في التقطير بغشاء فجوة الهواء (AGMD) ، توجد فجوة بين النفاذية والغشاء. الغشاء على اتصال مباشر مع محلول التغذية. يمر بخار محلول التغذية عبر الأغشية إلى فجوة هوائية ويتكثف على لوحة التكثيف. يتم جمع السائل المرشح بين العلف ومحلول النفاذية.
في SGMD ، بدلاً من محلول التغذية الباردة ، يكتسح غاز خامل بارد في الجانب المتخلل من الغشاء. تمر جزيئات السائل المتطايرة عبر مسام الغشاء باتجاه جانب الغاز البارد ويتم التكثيف خارج وحدة MD.
في VMD ، لا يوجد نظام تبريد. باستخدام مضخة تفريغ ، يتم تطبيق ضغط تفريغ منخفض للتغلغل في الجانب. يحتوي جانب التغذية على ضغط تشبع أعلى مما يؤدي إلى فصل الجزيئات المتطايرة عن محلول التغذية. كما هو الحال في SGMD ، يحدث التكثيف خارج وحدة MD.
ألياف نانوية في MD
يتم استخدام عدة أنواع من الأغشية وأنظمة الترشيح في عمليات معالجة المياه بناءً على أحجام المسام وترشيح الجسيمات كما هو موضح في الشكل 7. تستخدم المواد البوليمرية بشكل أساسي كأغشية تجارية. مادة Nanofiber هي طريقة جديدة نسبيًا لإعداد أغشية تعتمد على ألياف نانوية لأنظمة الترشيح الدقيق والترشيح الفائق. في عملية MD ، يجب أن تظهر الأغشية البوليمرية نفاذية عالية ومقاومة للماء دون ترطيب ، مسام ضيقة ؛ بالإضافة إلى توزيع حجم المسام ، والاستقرار الحراري على نطاق واسع من درجات الحرارة والاستقرار الكيميائي ، وتمتلك قوة ميكانيكية قوية. 109 ، 112يجب تكوين الأغشية في وحدات غشائية يمكن أن تكون في نوع الألياف المجوفة ، والجروح الحلزونية ، ووحدات الألواح للتطبيقات العملية. بالنسبة لوحدة غشاء فعالة ، فإن العوامل الرئيسية هي غشاء ذو كثافة تعبئة عالية ، وتحكم جيد في استقطاب التركيز وقاذورات الغشاء ، وانخفاض تكاليف التشغيل والصيانة ، وكذلك الإنتاج الفعال من حيث التكلفة. 113 بالنظر إلى خصائص الأغشية الفعالة ، تبدو الألياف النانوية مرشحًا جيدًا لعملية MD. بشكل عام ، يُفضل PVDF نظرًا لقابليته للذوبان وقابلية الدوران. 114– 116
الشكل 7. نطاق إزالة حجم الجسيمات بالترشيح.
تم تحضير شبكة الألياف النانوية المغزولة كهربائياً PVDF بسماكات مختلفة تتراوح من 144.4 مم إلى 1529.3 مم واستخدامها لتحلية المياه المالحة بطريقة MD ذات التلامس المباشر. من خلال زيادة وقت الغزل الكهربائي ، زاد سمك طبقة الألياف النانوية وكذلك ضغط دخول السائل للماء (LEPw). من ناحية أخرى ، انخفض متوسط حجم المسام للمساحة بين الألياف ، بينما لم تُلاحظ تغيرات كبيرة في قطر الألياف المغزولة كهربائياً (1.0-1.3 مم) ، وكسر حجم الفراغ (0.85 – 0.93) ، وزاوية ملامسة الماء ( WCA ؛ 137.4 – 141.1 درجة). وقد لوحظ أن التدفق المتخلل لم ينخفض خطيًا مع سمك شبكة الربط الكهربائي. وعلاوة على ذلك، بلغ تدفق تتخلل قيمة 15.2 × 10- 3 كجم / م 2s (عند درجة حرارة تغذية الماء 80 درجة مئوية ودرجة حرارة نفاذة 20 درجة مئوية) ، وكان عامل رفض الملح أعلى من 99.39٪. خلال 25 ساعة من وقت تشغيل DCMD ، لم يلاحظ أي ترطيب. 116
إبراهيمي وآخرون. 117 أعد تكوينًا جديدًا ثلاثي الطبقات مع تدرج قطر لأغشية PVDF nanofiber لتطبيق DCMD. تم استخدام طبقة ألياف نانوية PVDF خالية من الخرز بقطر أرق كطبقة خارجية بينما تم استخدام طبقة ألياف نانوية PVDF السميكة في الطبقة الوسطى. أظهرت النتائج أن الأغشية ذات الطبقة الواحدة أظهرت تدفق نفاذي 15.4 كجم / م 2 ساعة بينما تغلغل الطبقات الثلاثية في التدفق بين 27.8 و 31.5 كجم / م 2 ساعة عندما تم تحقيق عوامل رفض الملح أكبر من 99.9٪. تشير النتائج إلى أن تكوين الغشاء المختلف له دور كبير في التبخر وتخلل كفاءة التدفق.
في عمل آخر ، تم تعديل سطح أغشية الألياف النانوية PVDF باستخدام ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO 2 ) و 1 H ، 1 H ، 2 H ، 2H-perfluorodecyl trichlorosilane (FTCS) doe تحلية بواسطة DCMD. 118 تتميز أغشية الألياف النانوية PVDF المعدلة TiO 2- FTCS بخشونة عالية وكراهية للماء (157.1 درجة) مع مقاومة ترطيب تبلغ 158 كيلو باسكال و 57٪ مسامية سطحية. خلال عملية DCMD قصيرة المدى ، تم تحقيق تدفق النفاذية كـ 73.4 LMH (L / m 2ح) يتخلل التدفق مع 99.99٪ رفض الملح بينما 40.5 LMH يتخلل تدفق مع 99.98٪ رفض الملح لعملية DCMD طويلة الأجل باستخدام 3.5 بالوزن من محلول كلوريد الصوديوم. مقارنة بغشاء PVDF التجاري (0.45 مم ، HVHP4700 ، ميليبور (بيرلينجتون ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة) ، 46.2 LMH يتخلل التدفق) ، تم الحصول على تحسن كبير في الكفاءة.
في نهج آخر ، تم تصنيع الجسيمات النانوية (NP ؛ أكسيد الألومنيوم (Al 2 O 3 )) المعززة للأغشية الليفية النانوية PVDF باستخدام نظام الغزل الكهربائي وتم استخدام AGMD لإزالة المعادن الثقيلة (الرصاص). 119 أظهرت النتائج أن غشاء PVDF التجاري (HVHP29325 ، قطر 0.22 ملم ، ميليبور) أظهر أدنى تدفق حوالي 15 لترًا في الساعة بينما تم إظهار التدفقات العالية بين 16.5 LMH و 20 LMH بواسطة أغشية PVDF الأنيقة والمركبة مع Al 2 O 3 NPs .
تم استخدام أغشية البولي أكريلونيتريل (PAN) المغزولة بالكهرباء ذات الهيكل غير المنسوج والهيكل الليفي شبه الموازي لنظام AGMD على نطاق المختبر. 120 كان سطح الألياف النانوية PAN طاردًا للماء بمعالجة الفلورة السطحية. لقد وجد أنه في الشبكات المفلورة السطحية ، أدى اتجاه الألياف الممشط مع اتجاه التدفق إلى زيادة معامل نقل الكتلة من خلال غشاء الذاكرة وأداء MD من حيث التدفق المتخلل.
تم تحضير الأغشية الليفية النانوية المغزولة بالكهرباء PVDF مخدرة بكلوريد تريس (فينانثرولين) الروثينيوم (II) (Ru (phen) 3 ) واستخدامها لنظام DCMD. 121 تم استخدام Ru (phen) 3 الحساس لدرجة الحرارة كمسبار سمح له بمراقبة درجة حرارة سطح الغشاء بصريًا أثناء تجارب DCMD. تمنح المنشطات باستخدام Ru (phen) 3 نشاطًا كيميائيًا ضوئيًا لغشاء PVDF وتقل شدة انبعاثها خطيًا بزيادة درجة الحرارة. تستخدم المجسات الجزيئية وكاميرا الأشعة تحت الحمراء كأداة لمراقبة درجة الحرارة على الأسطح الغشائية عبر الإنترنت وفي الوقت الفعلي. أثناء العملية ، زاد التدفق من 9 إلى 15.7 كجم / م 2ح جعل درجة حرارة تيار التغذية ترتفع من 40 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية ، على التوالي ؛ بينما قدمت الأغشية التجارية PVDF Durapore (Millipore) تدفقًا قدره 10.67 كجم / م 2 ساعة عند درجة حرارة تغذية تبلغ 60 درجة مئوية.
سو وآخرون. أعد 122 أغشية ليفية نانوية شديدة المقاومة للماء من السيليكا NPs مخدر على ألياف PVDF. تمت إضافة جرعات مختلفة من السيليكا NPs إلى محلول PVDF لعملية الغزل الكهربائي. تم تغيير كره الأغشية للماء بجرعة السيليكا NPs ، وتم تحسين WCA للأغشية ليكون 157 + 1 درجة. أظهرت اختبارات التوصيف أن دمج السيليكا NPs قد غير شكل سطح الغشاء ومنح الغشاء المركب بنية هرمية على السطح والطبقات السائبة بالإضافة إلى زيادة القوة الميكانيكية ورفض الملح وتدفق نفاذية الماء للأغشية. يحتوي الغشاء الليفي النانوي الذي يحتوي على 7.47٪ بالوزن من السيليكا NPs على WCA يبلغ 152 + 1 ويظهر أداء DCMD عاليًا مع تدفق مائي يبلغ 25.73 كجم / م 2h ، ومعدل رفض الملح أعلى من 99.99٪ ، وموصلية نفاذية أقل من 5.0 مللي ثانية / سم خلال فترة اختبار 100 ساعة.
تيو 2 تم تصميم ألياف نانوية التي تتكون من أغشية السيراميك وملفقة عن طريق الترشيح فراغ وتعديل الفلورة. 123 تم تعديل الغشاء الخزفي النانوي شديد المقاومة للماء من تيتانيا بواسطة حوامل مفلورة تظهر أداء تحلية ممتازًا بتدفق 12 LMH مع رفض الملح بنسبة 99.92٪ عند 80 درجة مئوية وثبات جيد لعملية MD طويلة المدى في المياه النقية والمالحة والتي تتم مقارنتها بأغشية السيراميك مع هيكل تجميع الجسيمات. 124– 127
يتم تصنيع أغشية Terpolymer (THV) ، التي تتكون من رباعي فلورو إيثيلين وسداسي فلورو بروبيلين وفلوريد فينيلدين ، بطريقة الغزل الكهربائي لتطبيق MD. 128 تتمثل ميزة استخدام THV في قدرتها الممتازة على مقاومة الماء وخصائصها الميكانيكية ومقاومتها الكيميائية. بعد عملية التحسين ، لوحظ أن الغشاء أظهر بنية جيدة ، ومقاومة للترطيب ، وكراهية للماء للسطح. كان للغشاء الأمثل زاوية تلامس 130.7 درجة مئوية بمتوسط حجم مسام 0.79 ملم ، وقيمة LEPw 118 كيلو باسكال ، وقوة الشد 5.41 ميجا باسكال ، والاستطالة عند الكسر كانت 247.9٪ ، والتي كانت 2.47 و 5.61 مرة أعلى من تلك الخاصة بـ غشاء فيلم PVDF المحضر ، على التوالي. تم قياس تدفق النفاذية كـ 4.42 كجم / م 2ح بمعدل رفض ملح أعلى من 99.8٪. أظهر غشاء فيلم PVDF تدفقًا أقل بمقدار 1.93 مرة من غشاء THV.
Jiřıček et al. 129 طبقة من الألياف النانوية المستخدمة PUR بسماكة متفاوتة ينتجها نظام الغزل الكهربائي الصناعي الخالي من الإبرة لعملية DCMD. تم تحضير تركيزات مختلفة من محلول التغذية. تم تصفيح طبقة الألياف النانوية المحضرة على سطح غير منسوج من البولي أوليفين ثنائي المكون لتحسين الخواص الميكانيكية للغشاء. تشير النتائج إلى أنه حتى عند أعلى تركيز لكلوريد الصوديوم في العلف (100 جم / كجم) ، تم تحقيق أفضل تدفق (حوالي 6 كجم / م 2 ساعة) وكفاءة الطاقة مع أغشية أكثر سمكًا (25 و 40 جم / م 2 بوزن أساسي من غشاء).
في عملهم الآخر ، تم اختبار 82 غشاء من الألياف النانوية PVDF باستخدام طريقة DCMD. أظهرت النتائج أن أغشية الألياف النانوية PVDF لها تدفق نفاذي مماثل مع أغشية polytetrafluoroethylene المتاحة تجارياً والبولي سلفون. كملخص ، تشير النتائج إلى أن شبكات الألياف الدقيقة التي ينتجها جهاز الغزل الكهربائي الصناعي لها تطبيق محتمل في عملية MD.
استنتاج
في هذه المراجعة ، تمت مناقشة الخصائص ، ومعلمات الغزل ، ومنطقة التطبيق للألياف النانوية المغزولة كهربائياً. طريقة الغزل الكهربائي هي طريقة رائعة لتحضير الأغشية ذات الحجم الصغير أو الثقوب النانوية. يمكن للمرء أن يعد بنية مسامية باستخدام طبقات ألياف نانوية بوليمرية مختلفة. تتميز طبقات الألياف النانوية الكهربية بمسامية أعلى مع توزيع منتظم لحجم المسام مقارنة بالأغشية التقليدية. ينتج عن الهيكل المسامي للغاية زيادة نفاذية الأغشية بينما تسمح مساحة السطح العالية للأغشية بالعمل بسهولة. لقد وجد أنه تم إحراز تقدم ملحوظ في تصنيع أغشية المغزل الكهربائي لمعالجة المياه. يعد MD أحد أكثر مجالات التطبيق الواعدة لأغشية الألياف النانوية المغزولة كهربائياً. الهيكل المسامي ، الكراهية للماء ، وأداء الغشاء ضروريان لمزيد من التطورات في MD. تكشف هذه المراجعة عن التطبيق المحتمل لطبقات ألياف النانو في MD.
خلاصة
(AIR QUEEN) تزداد أهمية شبكات الألياف النانوية بسرعة بسبب هيكلها المسامي للغاية ، وحجم المسام الضيق ، والتوزيع ؛ مساحة محددة والتوافق مع المواد غير العضوية. تم تقديم الغزل الكهربائي كواحد من أكثر التقنيات كفاءة لتصنيع الألياف النانوية البوليمرية نظرًا لقدرتها على تصنيع الهياكل النانوية بخصائص فريدة مثل مساحة السطح العالية والمسامية. تؤثر العملية ومعايير التشغيل على تصنيع الألياف النانوية وتطبيق الألياف النانوية في مختلف المجالات ، مثل أجهزة الاستشعار وهندسة الأنسجة وتضميد الجروح والملابس الواقية والترشيح وتحلية المياه والتقطير. في هذا الاستعراض ، يتم تقديم دراسة شاملة حول معايير نظام الغزل الكهربائي بما في ذلك التطبيقات. يتم التركيز بشكل أكبر على استخدام الألياف النانوية في تقطير الأغشية (MD). كما تمت مناقشة التطورات البحثية والوضع الحالي لشبكات ألياف النانو في دكتوراه في الطب.
