فرآيند هاى سبز
على بقايى*
غشاء مايع (Liquid Membrane) يك فناورى جديد در دنيا براى جداسازى مواد با غلظت هاى اندك از محلول آنها با يك روش بسيار ساده و ارزان است. دانشگاه ها و مراكز تحقيقاتى كشورمان خوشبختانه از جمله مراكز پيشرو اين فناورى هستند. در اين مقاله به شكل مختصر انواع غشاهاى مايع معرفى مى شوند.
جداسازى توسط غشاء زمينه اى است كه به دليل هزينه هاى پايين سرمايه گذارى و بازدهى بالاى انرژى توجه بسيارى را به خود جلب كرده است. با اين همه، تا امروز فرآيندهاى غشايى اندكى به جز اسمز معكوس و جداسازى هيدروژن كاربردهاى صنعتى يافته اند و اين به دليل مشكلات سرعت و انتخاب پذيرى در جداسازى است. ضريب نفوذ بيشتر مولكول ها در پليمرها چنان اندك است كه لازم است براى دستيابى به فلاكس هاى قابل قبول صنعتى غشاهاى بى نهايت نازك ساخته شوند. اين غشاهاى پليمرى نازك داراى مشكلات ساخت، انسجام و استحكام هستند. معمولاً انتخاب پذيرى در اين سيستم ها ضعيف است، مگر اينكه اجزاى مخلوط از نظر اندازه شعاع تفاوت قابل توجهى داشته باشند، مانند نمك زدايى و يا بازيافت هيدروژن از آمونياك.
يك روش جديدتر براى ايجاد غشاهايى با عملكرد بهتر، استفاده از مايعات به عنوان مواد غشايى و به كارگيرى موادى در مايع كه انتقال يك جزء را از غشا افزايش داده يا تسهيل مى كند، است. به اين وسيله انتخاب پذيرى سيستم براى اجزاى محلول به شكل قابل توجهى افزايش مى يابد. سرعت كلى انتقال جرم در اين سيستم انتقال كه به انتقال تسهيل يافته موسوم است فقط توسط تعادل هاى شيميايى معمول كنترل نمى شود. در عوض، فرآيند انتقال تركيبى از سرعت نفوذ و سرعت واكنش كمپلكس سازى است. علاوه بر مكانيسم انتقال تسهيل يافته، جداسازى مى تواند تحت اثر اختلاف انحلال پذيرى اجزاى مخلوط در فاز غشايى قرار گيرد. بنابراين برخلاف استخراج با حلال و ديگر فرآيندهاى مرحله اى تعادلى، انتقال تسهيل يافته توسط سرعت هاى نفوذ و واكنش شيميايى كنترل مى شود.
مايع غشايى به شكلى انتخاب مى شود كه غير قابل امتزاج با دو فاز ديگر باشد. بر اين اساس دو نوع سيستم غشاء مايع با كاربردهاى متفاوت مى توان در نظر گرفت:
الف) آبى/ روغنى/ آبى كه در آن فاز روغنى يا آلى غشاء است.
ب) روغنى/ آبى/ روغنى كه در آن فاز آبى بين دو فاز روغنى بوده و نقش غشا را بازى مى كند.
غشاهاى مايع را از لحاظ شكل ظاهرى مى توان به سه گروه عمده دسته بندى كرد:
۱) توده اى -Bulk Liquid Membrane BLM- اين روش جديدترين نوع غشاء مايع بوده و مى توان آن را نوعى استخراج مايع در دو مرحله دانست.
۲) ساكن شده بر روى يك پايه جامد - Liquid Membrane Supported (SLM) يا Immobilized Liquid Membrane (ILM) - در اين روش يك جامد متخلخل كه آغشته به مايع غشايى است بين دو فاز قرار مى گيرد و جزء مورد نظر براى انتقال با حل شدن در مايع غشايى و عبور از آن در فاز مقابل آزاد مى شود.
۳) امولسيونى- ELM - كه غشا به صورت كپسول هايى دو فاز ديگر را از هم جدا مى سازد.
غشاهاى مايع پشتيبانى شده (SLM) در مقايسه با غشاهاى مايع امولسيونى (ELM)، داراى يك مقاومت انتقال جرم اضافه مربوط به درهم پيچيدگى غشاء نگهدارنده (supporting membrane) هستند. ولى در عوض مشكلات توليد حذف و پايدارى امولسيون را ندارند.
همچنين مى توان غشاهاى مايع را از لحاظ عملكردى به دو روش تقسيم كرد:
۱) با حامل شيميايى
۲) بدون حامل شيميايى
با يك حامل شيميايى، نفوذ گونه هاى در حال عبور از غشاء با نفوذ محصولات واكنش و همچنين افزايش حلاليت پذيرى آنها در فاز غشايى، افزايش مى يابد. بدون يك حامل فعال، غشاى مايع براى جداسازى اجزاى فقط وابسته به اختلاف حلاليت پذيرى و يا اختلاف ضرايب نفوذ است.
معروف ترين غشاى مايع كه تقريباً همه ما با آن آشنا هستيم خون است و هموگلوبين خون به عنوان ماده حامل (carrier) در آن اكسيژن را در ريه ها دريافت كرده و به بافت ها مى رساند. بنابراين طبيعى است كه نخستين تحقيقات بر روى انتقال تسهيل يافته با در نظر گرفتن سيستم هاى بيولوژيكى آغاز شده باشد. در سال ،۱۹۶۰ «شولاندر» فلاكس حالت پايدار O2 را از بين فيلترهاى سلولز استات آغشته به محلول آبى هموگلوبين اندازه گيرى كرد. وى تأييد كرد كه هموگلوبين انتقال O2 را با مكانيسم «bucket-brigade» افزايش مى دهد. در سال ،۱۹۶۶ «ويتنبرگ» سيستم مشابهى را مطالعه كرده و دريافت كه يك حامل متحرك مورد نياز است و بر اهميت سرعت واكنش هاى تشكيل و فرو پاشى كمپلكس بر روى كل فرآيند تاكيد كرد.
علاوه بر سيستم هموگلوبين و اكسيژن يا به اختصار O2/Hb چندين سيستم ديگر نيز در سراسر دنيا بررسى شده اند كه فقط به ذكر نام آنها اكتفا مى كنيم:
* جداسازى گازهاى دى اكسيد كربن و سولفيد هيدروژن به كمك غشاى محلول كربنات
* انتقال اتيلن و پروپيلن با استفاده از يون نقره
* انتقال تسهيل يافته مونوكسيدكربن توسط كلريد مس
* انتقال و جداسازى يون هاى فلزى (به منظور بازيافت و يا حفاظت از محيط زيست)
به علت اهميت مورد پايانى و اينكه در ايران كارهاى بيشترى در اين زمينه انجام گرفته چند مثال از آن مى آوريم:
* جداسازى يون نقره توسط يك سيستم SLM كه از هگزاتيا-۱۸- كرون-۶ (HT18C6) حل شده در نيترو فنيل اكتيل اتر(NPOE) به عنوان ماده حامل استفاده مى كند. اين غشا توسط دكتر شمسى پور در دانشگاه رازى كرمانشاه مورد بررسى قرار گرفته است.
* جداسازى پالاديم با غشاء مايع
* جداسازى يون هاى طلا جداسازى يون هاى كروم (VI) با يك BLM
* جداسازى يون هاى كروم (III) و ده ها نمونه ديگر.
از آنجايى كه بر خلاف سيستم استخراج با حلال اين روش از مقادير بسيار كمترى از حلال هاى آلى استفاده مى كند، هم مقرون به صرفه تر و هم از لحاظ زيست محيطى جزء فرآيندهاى تميز و سبز محسوب مى شود. بنابراين انتظار مى رود به زودى از اين روش در مقياس هاى صنعتى در سراسر دنيا استفاده شود.
* دانشجوى دوره دكتراى مهندسى شيمى دانشگاه صنعتى شريف
روزنامه شرق
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر