ارزیابی ویژگی‌های شیمی/ فیزیکی غشاهای کامپوزیتی تبادل کاتیونی حاوی نانو لوله‌های و نانو ذرات ترکیبی نانو لوله‌های کربن پوشش شده با نانو لایه‌های مس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه اراک

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک

چکیده

در این پژوهش، غشاهای تبادل یونی شبکه آمیخته پلی وینیل کلراید با استفاده از حلال تتراهیدروفوران و پودر ذرات رزین تبادل کاتیونی، به روش قالب‎‌گیری محلول پلیمری تهیه گردید. اثر وجود نانو لوله‌های کربن و نیز نانو ذرات سنتزی ترکیبی نانو لوله کربن- نانو لایه مس بر خواص شیمی- فیزیکی غشاء های ساخته شده بررسی شد. نانو ذرات ترکیبی مورد استفاده در این تحقیق با استفاده از تکنولوژی کندوپاش مگنترون که یک روش لایه نشانی فیزیکی می‌باشد، تهیه گردید. در این روش نانو لایه‌های مس بر روی جداره نانو لوله‌های کربنی چند دیواره لایه نشانی شد. آنالیزهای عکس‌برداری الکترون روبشی و عکس‌برداری نوری جهت بررسی خواص ساختاری نمونه‌های تهیه شده مورد استفاده قرار گرفت. عدد انتقالی، انتخاب‌پذیری و تراوش‌پذیری/ فلاکس یونی غشاء‌ها بررسی گردید. نتایج نشان داد که غشای تهیه شده به‌وسیله نانو ذرات ترکیبی نانو لوله کربن- نانو لایه مس، انتخاب‌پذیری و فلاکس یونی بالاتری در مقایسه با غشای بدون نانو ذره و نیز غشای نانوکامپوزیتی حاوی نانو لوله‌های کربنی دارد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation and physico/chemical characterization of composite cation exchange membranes filled with carbon nanotubes and carbon nanotubes-co-copper nanolayer composite nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Akbar Zendehnam 1
  • Saeideh Mokhtari 1
  • Sayedmohsen Hosseini 2
  • Mehrfam Rabieyan 1
1 Thin film laboratory, Department of physic, Faculty of Science, Arak University, Arak
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak
چکیده [English]

In this study, polyvinyl chloride based heterogeneous cation exchange membranes were prepared by solution casting techniques using tetrahydrofuran as solvent and cation exchange resin powder as functional groups agent. The effect of functionalized multi walled carbon nano tubes and also Cu nanolayer coated MWCNTs composite nanoparticles on physico/chemical properties of membranes was studied. The Cu nanolayer coated MWCNTs composite nanoparticles were prepared by magnetron sputtering method. Scanning electron microscopy and scanning optical microscopy were utilized to investigation of membranes’ structural properties. The images showed uniform particles distribution for the membranes. Also the electrochemical characteristics of membrane were studied. The results revealed that membrane transport number, selectivity and flux were improved by using both nanoparticles in membrane matrix. Also the modified membrane containing Cu nanolayer coated Multi Walled Carbon Nano Tubes showed higher selectivity and ionic flux compared to membrane containing MWCNTs and un-modified membrane.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cation exchange membrane, carbon nanotubes, MWCNTs-co-Cu nanolayer composite nanoparticles, Magnetron sputtering method
  • Preparation, Physico/chemical properties

[1]. Nagarale R. K., Gohil G. S., and Shahi V. K., “Recent developments on ion-exchange membranes and electro-membrane processes”, Advanced in Colloid and Interface Science. Vol. 119, pp. 97-130, 2006.##

[2]. Hosseini S. M., Madaeni S. S., and Khodabakhshi A. R., “Preparation and characterization of PC/SBR heterogeneous cation exchange membrane filled with carbon nano-tubes”, Journal of Membrane Science, Vol. 362, pp. 550-559, 2010.##

[3]. Hosseini S. M., Koranian P., Gholami A., Madaeni S. S., Moghadassi A. R., Sakinejad P., and Khodabakhshi A. R., “Fabrication of mixed matrix heterogeneous ion exchange membrane by multiwalled carbon nanotubes: Electrochemical characterization and transport properties of mono and bivalent cations”, Desalination, Vol. 329, pp.62-67, 2013.##

[4]. Zendehnam A., Robatmily N., Hosseini S. M., Arabzadegan M., and Madaeni S. S., “Fabrication of novel (acrylonitrile butadiene styrene/activated carbon/ silver nanoparticles) heterogeneous anion exchange membrane: physic-chemical and antibacterial characteristics”, Journal of Taiwan institute of Chemical Engineer, Vol. 573, pp.1-8, 2013.##

[5]. Hung T. S., Ying Jiang L., Lia Y., and Kulprathipanja S., “Mixed matrix membranes (MMMs) comprising organic polymers with dispersed inorganic fillers for gas separation”, Progress in Polymer Science, Vol. 32, pp. 483-507, 2007.##

[6]. Avakyan Z. A. and Rabotnova I. L., “Determination of the copper concentration toxic to micro-organisms”, Microbiology, Vol. 35, pp.682-687, 1966.##

[7]. Sata T. and Yang W. K., “Studies on cation exchange membrane having permselectivity between cations in electrodialysis”, Journal of Membrane Science, Vol. 206, pp.31-60, 2006.##

[8]. Tanaka N., Nishikiori H., Kubota S., Endo M., and Fujii T., “Photochemical deposition of Ag nanoparticles on multiwalled carbon nanotubes”, Carbon, Vol. 47, pp. 2752-2760, 2009.##

[9]. Wang X., Xia B., Zhu X., Chen J., Qiu S., and Li J., “Controlled modification of multiwalled carbon nanotubes with Zno nanostructures,” Journal of Solid State Chemistry, Vol. 181, pp. 822-827, 2008.##

[10]. Georgakilas V., Gournis  D., Tzitzios V. , Pasquato L. , Guldi D. M., and Prato M., “Decorating carbon nanotubes with metal or semiconductor nanoparticles”, Journal of Materials Chemistry, Vol. 17, pp. 2679-2694, 2007.##

[11]. Venkata Ramana D. K., Jae S. Y., and Seshaiah K., “Silver nanoparticles deposited multiwalled carbon nanotubes for removal of Cu(II) and Cd(II) from water: Surface, kinetic, equilibrium, and thermal adsorption properties”, Chemical Engineering Journal, Vol. 223, pp. 806–815, 2013.##

[12]. Alimohammadi F., Parvinzadeh Gashti M., Shamei A., and Kiumarsi A., “Deposition of silver nanoparticles on carbon nanotube by chemical reduction method: evaluation of surface thermal and optical properties”, Super Lattices and Microstructures, Vol. 52, pp. 50-62, 2012##

[13]. Nagarale RK., Shahi V. K., Thampy S. K., and Rangarajan R., “Studies on electrochemical characterization of polycarbonate and polysulfone based heterogeneous cation exchange membranes”, Reactive and Functional Polymer, Vol. 61, pp. 131-138, 2004.##

[14]. Gohil G. S., Binsu V. V., and Shahi V. K., “Preparation and characterization of mono-valent ion selective polypyrrole composite ion-exchange membranes”, Journal of Membrane Science, Vol. 280, pp. 210-218, 2006.##

[15]. Nagarale R. K., Shahi V. K., and Rangarajan R., “Preparation of polyvinyl alcohol-silica hybrid heterogeneous anion-exchange membranes by sol-gel method and their characterization”, Journal of Membrane Science, Vol. 248, pp. 37-44, 2005.##

[16]. Kerres J., Cui W., Disson R., and Neubrand W., “Development and characterization of cross linked ionomer membranes based upon sulfinated and sulfonated PSU Cross linked PSU blend membranes by disproportionate of sulfinic acid groups”, Journal of Membrane Science, Vol. 139, pp. 211-225, 1998.##

[17]. Nagarale R. K., Gohil G. S., and Shahi V. K., “Recent developments on ion-exchange membranes and electro-membrane processes”, Advanced in Colloid and Interface Science, Vol. 119, p. 119, 97-130, 2006.##