Kajian pengaruh ciri-ciri membran penuras nano ke atas prestasi dan kos sistem pemisahan

Abstract

Walaupun aplikasi membran penuras nano semakin berkembang pesat, pengetahuan tentang pengaruh parameter struktur terhadap prestasi pemisahan masih di peringkat kajian. Objektif utama kajian ini ialah untuk memahami dengan lebih mendalam ciri-ciri dan pelakuan membran penuras nano, serta menyelidik kesan-kesan parameter strukturnya terhadap prestasi sistem pemisahan membran dan kos proses pemisahan. Kajian yang dijalankan terbahagi kepada tiga bahagian utama iaitu kajian pencirian secara teoretikal, pencirian membran dengan menggunakan data tolakan larutan tidak bercas dan bercas, dan analisis aspek ekonomik terhadap parameter struktur. Tiga jenis membran kepingan nipis yang mempunyai nilai sekatan berat molekul (NSBM) yang berbeza (200, 500 dan 2000), tetapi diperbuat daripada bah an yang sama dan dihasilkan oleh pengeluar yang sama digunakan untuk meminimumkan kesan interaksi dan penjerapan ion oleh bahan binaan. Kajian secara teoretikal dibuat berasaskan kepada model Iiang Donnan-sterik (DSPM) untuk melihat kesan sterik (A) dan Donnan (Q terhadap prestasi tolakan ion. Bagi kes sistem pemisahan membran yang mempunyai nilai A menghampiri 1 (A besar iaitu rs « rp), kesan halangan sterik adalah boleh diabaikan tanpa mengira membran tersebut mempunyai kapasiti cas berkesan yang tinggi atau pun rendah. Manakala bagi sistem membran yang mempunyai nilai A menghampiri 0 (A rendah iaitu rs<rp), kedua-dua kesan sterik dan Donnan memainkan peranan dalam menentukan prestasi tolakan ion. Sumbangan faktor Donnan tersebut semakin meningkat dengan peningkatan nilai C Kajian pencirian membran menggunakan data tolakan bahan larut tidak bercas dan larutan garam dijalankan melalui tiga pendekatan yang berbeza iaitu kaedah pencirian anggaran, pencirian menggunakan data tolakan terhad dan pencirian menggunakan data tolakan penuh. Nilai-nilai parameter struktur yang diperolehi daripada ketiga-tiga kaedah adalah di dalam julat 20%. Hasil kajian pencirian turut menunjukkan bahawa ciri-ciri membran yang dikaji tidak mengikut jujukan yang dijangkakan berasaskan kepada peningkatan NSBM yang diberikan. Perbezaan kebolehtelapan setiap sampel bagi setiap jenis membran sehingga 30% mungkin mempengaruhi keputusan pencirian di atas. Ini menunjukkan bahawa wujudnya spektrum taburan saiz liang yang lebar di dalam sampel membran. Pemerhatian ini disokong oleh keputusan pencirian menggunakan Mikroskopik Daya Atom (AFM). Keputusan kebolehtelapan ke atas pelbagai larutan garam adalah bertepatan dengan keputusan kajian teoretikal. Akhirnya, satu tatacara penentuan ciri-ciri membran yang sesuai untuk sesuatu aplikasi bagi sistem pemisahan larutan garam 1:1 dan 1:2 telah beijaya dibangunkan. Oleh itu, seseorang pengguna dapat mengenalpasti julat ciri-ciri membran yang diperlukan selaras dengan kehendak aplikasi. Kajian analisis ekonomik pula mendapati bahawa hanya faktor jejari liang, rp menentukan kos sistem pemisahan membran. Lebih longgar struktur sesuatu membran, maka lebih kecil kos sistem pemisahan yang diperlukan. Kajian kes bagi pemisahan larutan natrium sulfat menunjukkan berlaku penjimatan kos total sehingga 30% apabila menggunakan membran berjejari liang yang lebih besar. Selain itu, analisis ekonomik menggunakan model Verbeme dapat menentukan tekanan operasi optimum, yang memberikan kos sistem pemisahan yang minimum.