فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال سی و پنجم شماره 3 (پیاپی 179، امرداد و شهریور 1401)

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال سی و پنجم شماره 3 (پیاپی 179، امرداد و شهریور 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/19
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پریا امیرعابدی*، صبا روشیان، رضا یگانی صفحات 183-202

    تماس دهنده های غشایی گاز -مایع جایگزین های امیدوارکننده ای برای فناوری های جذب متداول هستند. چنین سامانه هایی با وجود داشتن برتری های مهم، با مشکل عمده ترشوندگی تدریجی غشاهای متخلخل پلیمری با جاذب مایع مواجه هستند. در حقیقت، ترشوندگی غشاهای متخلخل پلیمری با جاذب های مایع، موجب افزایش مقاومت انتقال جرم فاز غشا می شود که در نتیجه آن بازده جذب گاز کاهش می یابد. بر این اساس، در مقاله حاضر اثر ترشوندگی غشا بر مقاومت انتقال جرم و بازده جذب و نیز اثر عوامل موثر بر پدیده ترشوندگی غشا مانند خواص جاذب و خواص غشا بررسی و نیز روش های مختلف جلوگیری از ترشوندگی غشا به تفصیل بحث شده است. نتایج مطالعات حاکی از افزایش مقدار ترشوندگی در سرعت و فشار زیاد مایع جاذب است. همچنین کشش سطحی در جاذب های دارای ترکیبات آلی با افزایش غلظت ترکیبات آلی به سرعت کاهش می یابد که افزایش مقدار ترشوندگی غشا را در پی دارد. بررسی های انجام شده درباره غشاهای مختلف پلیمری نشان داد، تغییرات ساختاری و شیمیایی سطح غشا که در اثر تماس بلندمدت غشا با جاذب های آمینی روی می دهد، به شدت مقدار ترشوندگی غشا و در نتیجه قابلیت عملکرد آن را تحت تاثیر قرار می دهد. همچنین، مطالعات انجام شده نشان داد، اصلاح سطح غشاها یکی از کارآمدترین روش ها برای جلوگیری از مشکل ترشوندگی آن هاست. با انجام اصلاح سطح می توان انرژی آزاد سطح غشا را کاهش و زبری آن را افزایش داد و بدین ترتیب موجب افزایش قدرت آب گریزی سطح غشا شد. در این میان، نانوفناوری یکی از مهم ترین فناوری ها در تولید غشاهای ابر آب گریز در جلوگیری از مشکل ترشوندگی غشاهای متخلخل پلیمری معرفی شده است.

    کلیدواژگان: تماس دهنده های غشایی، ترشوندگی، ابرآب گریز، نانوفناوری، اصلاح سطح غشا
  • مرضیه رنجبر محمدی*، فریده تاجدار صفحات 203-216

    فرضیه: 

    نانوفناوری یکی از فناوری هایی بوده که امروزه در تمام دنیا جایگاه مهمی را در صنعت پزشکی یافته است. از نانوالیاف الکتروریسی شده با ساختار به هم پیوسته، نسبت سطح به حجم زیاد و تخلخل مناسب در زمینه های مختلف پزشکی استفاده می شود. شکل شناسی نانوالیاف می تواند نقش مهمی را در خواص مکانیکی، گرمایی، فیزیکی و زیستی داربست تهیه شده ایفا کند. هدف اصلی این مقاله تولید نانوالیاف با شکل شناسی صاف، بدون شکستگی و دانه تسبیحی و قطر کم است.

    روش ها

    در این مطالعه سعی شده است تا به کمک نانوفناوری، تولید داربست های هیبریدی نانولیفی با استفاده از آمیخته پلیمرهای طبیعی پلی (وینیل الکل)-کیتوسان (PVA/CS) و ژلاتین-پلی کاپرولاکتون (Gel/PCL) با خواص مناسب برای کاربرد در ترمیم زخم بررسی شود. تولید این داربست با فرایند الکتروریسی دونازلی روبه روی هم انجام شد. بدین منظور، Gel/PCL از یک نازل و CS/PVA از نازل دیگر تزریق شده و نانوالیاف تولیدی روی جمع کننده چرخان جمع آوری شدند. در ادامه با طراحی آزمایش به روش تاگوچی، اثر پارامترهای متغیر نسبت PVA/CS در آمیخته 90:10، 80:20 و 70:30، نسبت Gel/PCL در آمیخته 80:20، 50:50 و 20:80 و سرعت تغذیه PVA/CS با مقادیر 1، 5/1 و  2mL/h بر خواص شکل شناسی داربست تولیدشده مطالعه شد. 

    یافته ها

    نتایج نشان داد، افزایش پلیمرهای طبیعی کیتوسان و ژلاتین در آمیخته به تولید نانوالیاف با قطر بیشتر منجر شده و افزایش سرعت تغذیه جزء PVA/CS که باعث تغییر در سرعت تغذیه جزء Gel/PCL می شود، قطر نهایی را افزایش داد. بنابراین، داربستی با درصدهای آمیخته ای 75:25 PVA/CS، 80:20 Gel/PCL و سرعت تغذیه  1mL/h دارای قطر میانگین 130nm شکل شناسی مناسب است. داربست هیبریدی تهیه شده از آمیخته Gel/PCL-PVA/CS می تواند به عنوان زیست ماده بسیار مناسب و کاربردی در حوزه ترمیم زخم های دیابتی به شمار آید.

    کلیدواژگان: نانو الیاف هیبریدی، تاگوچی، ژلاتین، کیتوسان، پلی کاپرولاکتون
  • ماهدخت اکبری طائمه، حامد دائمی*، ایوب شیراوندی، مریم مشایخی صفحات 217-233

    فرضیه :

     پیوندهای هیدروژنی درون و بین مولکولی در ساختار آلژینات، علت اصلی قابلیت الکتروریسی ضعیف آن است. جانشینی گروه های هیدروکسیل با گروه های سولفات، روش مطلوبی برای بهبود الکتروریسی آلژینات است. در این پژوهش، اثر درجه جانشینی گروه های سولفات بر خواص فیزیکی و شیمیایی محلول های الکتروریسی مانند گران روی و رسانندگی الکتریکی محلول و شرایط الکتروریسی بررسی شده است

    روش ها

    سدیم آلژینات سولفات دارشده (SSA) از واکنش سدیم آلژینات و کلروسولفونیک اسید در حلال فرمامید تهیه شد. به منظور دستیابی به درجه های جانشینی متفاوت از گروه های سولفات، مقدار کلروسولفونیک اسید تغییر داده شد. ساختار شیمیایی آلژینات پیش و پس از فرایند اصلاح شیمیایی با روش های طیف نمایی FTIR و 1HNMR بررسی شد. درجه سولفات نمونه ها با تجزیه عنصری CHNS اندازه گیری شد. سپس، مقدار رسانندگی الکتریکی و گران روی محلول های آبی سدیم آلژینات سولفات دارشده اندازه گیری شد. نانوالیاف سدیم آلژینات سولفات دارشده با فرایند الکتروریسی به دست آمد و با هدف بهبود پایداری آب کافتی با محلول کلسیم کلرید شبکه ای شد. در نهایت، قطر نانوالیاف و خواص مکانیکی نمد نانولیفی به ترتیب با آزمون های SEM و کشش بررسی شد.

    یافته ها

    آزمون های FTIR و 1HNMR تشکیل گروه های سولفات را در ساختار سدیم آلژینات سولفات دارشده تایید کرد. تجزیه عنصری نمونه ها، درجه جانشینی نمونه های SSA1 و SSA0.5 را به ترتیب 0.9 و 0.5 نشان داد. همچنین، رسانندگی الکتریکی و گران روی محلول SSA با افزایش درجه جانشینی به ترتیب افزایش و کاهش یافت. نمونه SSA1 نسبت به نمونه SSA0.5 الکتروریسی بهتری داشت و درصد سدیم آلژینات سولفات دارشده در نمد ریسیده شده بیشتر بود. استحکام مکانیکی نمونه دارای SSA1 در حالت شبکه ای شده کمتر از نمونه دارای SSA0.5 است که دلیل آن را می توان به چگالی اتصال عرضی کمتر SSA1 با کاتیون کلسیم و شکست بیشتر زنجیر های پلیمر در فرایند سولفات دارشدن نسبت داد.

    کلیدواژگان: سدیم آلژینات سولفات دارشده، الکتروریسی، درجه جانشینی، رسانندگی الکتریکی، پیوند هیدروژنی
  • سعید پورمهدیان*، منصور شیخ زاده صفحات 235-257

    فرضیه : 

    اصلاح فرمول بندی های شیمیایی کاتالیزگرهای پلیمری تجاری موجود، ممکن است سایر خواص کاتالیزگر به ویژه فضاگزینی و جهت گزینی را کاهش دهد. بنابراین، نیاز ضروری در مجتمع های صنعتی پتروشیمیایی به منظور اصلاح سامانه های کاتالیزی موجود، یافتن شیوه های عملی غیرشیمیایی برای تنظیم کمیت های اساسی شامل پهنای توزیع وزن مولکولی (MWD)، فعالیت و سازوکار شکست است. 

    روش ها

    برای دستیابی به این هدف، از مدل تک ذره ای تازه توسعه یافته، چندمنفذی (MPM) استفاده شده است که فرایندهای واکنشی-نفوذی دخیل در پلیمرشدن اولفینی ناهمگن را توصیف می کند. این کار با هدف بررسی اثر تخلخل اولیه کاتالیزگر، اندازه ذره اولیه آن، غلظت توده مونومر و آرایش اندازه منفذها بر کمیت های نام برده انجام شده است. 

    یافته ها

    مدل سازی سامانه کاتالیزی پایه دار زیگلر-ناتا (ZN) نشان داد، افزایش تخلخل اولیه کاتالیزگر یا اندازه ذره اولیه یا کاهش غلظت توده مونومر، پهنای توزیع سرعت واکنش موضعی را کاهش داد که به توزیع وزن مولکولی های باریک تر منجر شد. اگر چه شاخص چندپراکندگی (PDI) معمولا به طور معکوس تغییر کرد که به دلیل وابستگی این کمیت به موضع توزیع وزن مولکولی (MWD) افزون بر پهنای آن است. مدل MPM همچنین دو مشاهده تجربی غیرقابل توضیح را شفاف و دلیل وقوع آن ها را روشن کرده که عبارت است از کاهش فعالیت کاتالیزگر در صورت افزایش تخلخل اولیه که در بعضی از مطالعات تجربی مشاهده شده است و تغییرات نامنظم و غیرقابل پیش بینی شاخص چندپراکندگی با تغییرات غلظت توده مونومر. برای کمیت های فیزیکی مطالعه شده در این پژوهش، پهنای MWD به طور مستقیم به سرعت واکنش وابسته است که نشان می دهد، برای کاربردهایی که در آن ها مقاومت بیشتر در برابر پدیده های شکست مذاب، موج داری لبه و تشدید کشش مطلوب است، باید تعادلی بین پهنای MWD و مقدار محصول را جست و جو کرد. با اینکه سرعت واکنش، پهنای MWD و شاخص چندپراکندگی، هیچ وابستگی به نسبت مشارکت دو سازوکار شکست نشان ندادند، افزایش تخلخل اولیه یا شعاع اولیه کاتالیزگر، سازوکار ترجیح داده شده دو نیم شدن پیوسته را تشدید کرد که در نتیجه احتمال وقوع پدیده جرم گرفتگی را کاهش داد.

    کلیدواژگان: مدل سازی، اصلاح کاتالیزگر، کاتالیزگر ناهمگن، شکست کاتالیزی، شاخص پراکندگی
  • مارال قهرمانی*، محمدعلی سمسارزاده صفحات 259-281

    فرضیه: 

    غشاهای کوپلیمرهای قطعه ای پلی (دی متیل سیلوکسان) گزینه مناسبی در کاربرد جداسازی گاز هستند. خواص جداسازی گاز و استحکام مکانیکی این پلیمرها با ساخت غشاهای لایه ای بهبودپذیر است. در غشاهای لایه ای، لایه پوششی معمولا کنترل کننده جریان و گزینش پذیری گاز در غشای کامپوزیتی است، در حالی که زیرآیند متخلخل به عنوان تامین کننده استحکام مکانیکی غشای لایه ای نقش ایفا می کند. لایه متراکم، در سطح مشترک زیرآیند و لایه گزینشی، می تواند بر بازده جداسازی گاز غشاهای لایه ای اثرگذار باشد و عملکرد آن به شکل شناسی و تراوایی زیرآیند و خواص تراوایی لایه پوششی وابسته است. هدف این پژوهش، ساخت و بررسی اثر شکل شناسی زیرآیند، بر عملکرد غشاهای لایه ای کوپلیمرهای قطعه ای پلی(دی متیل سیلوکسان)/پلی یورتان است.

    روش ها

    زیرآیند های پلی یورتان با روش جدایی فاز القایی با ضدحلال (NIPS) تهیه شدند. زیرآیند های مختلف با تغییر ترکیب درصد محلول ریخته گری (10، 20، 25، %30 وزنی پلیمر) و حمام رسوب دهی (نسبت مولی آب/متانول=100/0، 80/20، 30/70، 50/50) با دو شکل شناسی اسفنجی (اسفنج گونه) و انگشتی (انگشت مانند) تهیه شدند و در ساخت غشاهای لایه ای کوپلیمرهای قطعه ای پلی (دی متیل سیلوکسان) /پلی یورتان استفاده شدند.

    یافته ها

    زیرآیند های پلی یورتان در حالتی که از حمام انعقاد آب در ساخت غشاها استفاده شد، به دلیل سرعت تبادل زیاد حلال-ضدحلال، شکل شناسی انگشتی نشان دادند. در حالی که با افزودن متانول به حمام انعقاد، شکل شناسی زیرآیند به حالت اسفنجی تغییر کرد. به طور کلی، استفاده از زیرآیند پلی یورتان، خواص جداسازی گاز غشاهای کوپلیمرهای قطعه ای پلی (دی متیل سیلوکسان) را بهبود بخشید. نتایج نشان داد، با تغییر شکل شناسی زیرلایه از حالت انگشتی به اسفنجی، مقدار گازتراوایی CO2 از غشاهای تهیه شده از مقدار  1.58GPU به 4.53GPU افزایش می یابد. حال آنکه مقدار گزینش پذیری غشاهای لایه ای (CO2/N2) از 21.94 به 12.57کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: پلی یورتان، جدایی فاز القایی با ضدحلال، غشای لایه ای، کوپلیمرهای قطعه ای، پلی(دی متیل سیلوکسان)
  • سید محسن حسینی*، نرجس ربیعی کرهرودی، منیره رفیعی، اشرف احمدی، صدرا صلحی صفحات 283-293

    فرضیه:

     در این پژوهش، سطح غشای تبادل کاتیونی ناهمگن، با استفاده از لایه نانوکامپوزیتی کیتوسان دارای نانوذرات مس اکسید به منظور استفاده در فرایند الکترودیالیز اصلاح شد. اثر لایه سطحی ایجادشده بر ساختار، خواص انتقالی، جداسازی و ضدباکتریایی غشاها بررسی شد.

    روش ها

    غشاهای دولایه با روش پوشش دهی-غرقه ای تهیه شدند. آزمون های میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، پراش سنجی پرتو Xو (XRD)، طیف نمایی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR) به همراه آزمون های مقاومت الکتریکی، شار یون، حذف فلزات سنگین، محتوای آب، زاویه تماس و عملکرد ضدباکتریایی برای ارزیابی غشاها به کار گرفته شدند.

    یافته ها

    نتایج آزمون پراش پرتو X و طیف زیرقرمز تبدیل فوریه تشکیل لایه نانوکامپوزیتی کیتوسان-نانوذرات مس اکسید را روی سطح غشای پایه تایید کرد. تصاویر میکروسکوپی الکترونی پویشی تشکیل لایه نسبتا یکنواختی را روی سطح غشاهای اصلاح شده نشان داد. مقدار محتوای آب غشاهای دولایه نسبت به غشای پایه روندی افزایشی داشت. در حالی که نتایج افزایشی زاویه تماس، حاکی از افزایش مقدار زبری سطح غشاها بود. مقاومت الکتریکی غشاهای دولایه ابتدا با به کاگیری نانوذرات مس اکسید در لایه سطحی تا %46 کاهش یافت و این در حالی است که شار یون تک ظرفیتی حدود %50 و نیز شار دوظرفیتی برای فلزات سنگین تا بیش از %300 افزایش یافت. اما در غلظت های بیشتر نانوذرات مس اکسید در لایه سطحی، مقاومت الکتریکی غشاها دوباره افزایش یافت و شار غشاها روندی کاهشی نشان داد. غشاهای دولایه نانوکامپوزیتی قابلیت زیادی در حذف یون های فلز سنگین مس و نیز عملکرد ضدباکتریایی مناسبی در برابر Escherichia coli نشان دادند. از بین نمونه های تهیه شده غشای دولایه دارای %0.001 وزنی نانوذرات مس اکسید عملکرد بهتری نسبت به غشای پایه و سایر غشاهای اصلاح شده نشان داد.

    کلیدواژگان: غشای دولایه تبادل یون، الکترودیالیز، اصلاح سطح، کیتوسان، نانوذرات مس اکسید، خواص جداسازی، انتقالی
|
  • Parya Amirabedi *, Saba Raveshiyan, Reza Yegani Pages 183-202

    Gas-liquid membrane contactors are promising alternatives to conventional absorption technologies. However, despite their significant advantages, such systems face the major problem of gradual wetting of the porous polymeric membranes with liquid absorbents. In fact, wetting of porous polymeric membranes by liquid absorbents increases the mass transfer resistance of the membrane phase, which in turn, reduces the gas absorption efficiency. Accordingly, in this paper, the effect of membrane wetting on mass transfer resistance and absorption efficiency has been studied. The influence of effective parameters on membrane wetting phenomenon, such as absorbent and membrane properties, is investigated. In addition, different prevention methods of membrane wetting is discussed in detail. The results show the increase in the rate of wetting at high velocity and pressure of the absorbent. In the case of absorbents-containing organic compounds, their surface tension is decreased rapidly with the increasing concentration of organic compounds, which increased the wetting rate of the membrane. In addition, studies on various polymeric membranes have shown that the structural and chemical changes of the membrane surface, which occur due to long-term contact of the membranes with amine absorbents, strongly increase the wetting of the membranes, and thus, its functionality. Moreover, studies have shown that modifying the surface of membranes is one of the most effective methods to prevent the problem of wetting. By modifying the surface, the free energy of the membrane surface can be reduced and its roughness can be increased, thus increasing the hydrophobicity of the membrane surface. Among these, nanotechnology has been introduced as one of the most important technologies in the production of superhydrophobic membranes to prevent the problem of wetting the porous polymeric membranes.

    Keywords: Membrane contactors, wetting, Superhydrophobic, nanotechnology, Membrane surface modification
  • Marziyeh Ranjbar-Mohammadi *, Farideh Tajdar Pages 203-216

    Hypothesis: 

    Nowadays, nanotechnology has an important role in the medical industry. Electrospun nanofibers with interconnected structure, high surface-to-volume ratio and good porosity are used in various medical fields. Nanofibers morphology is very effective in their mechanical, thermal, physical and biological properties. The aim of this study is to produce structures with smooth surface and minimized diameter. 

    Methods

    Production assessments are made on hybrid nanofibrous structures using combinations of poly(vinyl alcohol)/chitosan (PVA/CS), and gelatin/polycaprolactone (Gel/PCL). The process is done through the electrospinning process of two nozzles facing each other. For this purpose, Gel/PCL has been injected from a nozzle and CS/PVA from another nozzle and the produced nanofibers are collected on a rotating collector. By a Taguchi test design the effect of variable parameters (PVA/CS ratios of 90:10, 80:20, 70:30; gel/PCL ratios of 80:20, 50:50, 20:80; and CS/PVA feed rates of 1, 1.5, 2 mL/h) on morphological properties of the produced scaffold is evaluated.

    Findings

    According to the results, nanofibers with the blend ratios of 75:25 and 80:20 for CS/PVA and gel/PCL, respectively, and flow rate of 1 mL/h for PVA/CS showed an average diameter of about 130 nm and a suitable morphology. A hybrid scaffold made of gel/PCL-PVA/CS can be considered as a very suitable and practical biomaterial in the field of diabetic wound healing, because the presence of gel and CS as natural polymers with excellent biological properties and PCL with high elastic property provide good conditions for imitating natural skin behavior.

    Keywords: hybrid nanofibers, Taguchi, Chitosan, gelatin, polycaprolactone
  • Mahdokht Akbari Taemeh, Hamed Daemi *, Ayoub Shiravandi, Maryam Mashayekhi Pages 217-233

    Hypothesis: 

    Due to the presence of intra- and inter molecular hydrogen bonding in alginate chemical structure, its electrospinning capability is weak. However, this weakness can be improved through substitution of hydroxyl groups by sulfate groups. This article focuses on the role of degree of substitution of sulfate groups on the physicochemical properties of electrospinning solutions, such as viscosity, electrical conductivity and electrospinning conditions.

    Methods

    Sodium sulfated alginate (SSA) was synthesized through the reaction of sodium alginate and chlorosulfonic acid in formamide as the solvent. The amount of chlorosulfonic acid was varied in order to obtain the SSA samples with different degrees of substitution. The chemical structures of neat alginate and SSA were studied by FTIR and 1H NMR spectroscopy. Degree of sulfation of samples was measured using CHNS elemental analysis, and the electrical conductivity and viscosity of SSA solutions were measured. The SSA nanofibers were fabricated using electrospinning and further crosslinked by a solution of calcium chloride to improve its hydrolytic stability. Finally, the fiber diameter and mechanical properties of the nanofibrous mat were studied by SEM and a tensile mechanical machine.

    Findings

    Both FTIR and 1H NMR analyses have confirmed the formation of sulfate groups in SSA structure. Based on elemental analysis, the degree of substitution (DS) of SSA samples has been measured as 0.9 and 0.5 for SSA1 and SSA0.5, respectively. The electrical conductivity and viscosity of the SSA solutions also increased and decreased by increasing DS, respectively.  The SSA1 sample showed better electrospinning capability and higher SSA content in dry electrospun mat compared to those in SSA0.5 sample. Finally, the crosslinked SSA1 mat revealed a lower mechanical strength compared to SSA0.5 mat due to lower crosslink density and higher chain scission of polymeric chains resulted from sulfation reaction.

    Keywords: Alginate sulfate, electrospinning, degree of substitution, electrical conductivity, Hydrogen Bonding
  • Saeed Pourmahdian *, Mansoor Sheikhzadeh Pages 235-257

    Hypothesis: 

    Modifications in chemical formulations of existing commercial polymerization catalysts may deteriorate other catalyst properties, especially stereo- and region-selectivity. Therefore, an absolute necessity for petrochemical polymerization facilities is to find feasible non-chemical routes for tailoring essential parameters, including molecular weight distribution (MWD) width, activity and fragmentation mechanism in order to modify existing catalytic systems. 

    Methods

    To this goal, use is made of a recently developed single-particle multipore model (MPM), which describes the reaction-diffusion processes involved in the heterogeneous olefin polymerization to investigate the impacts of initial catalyst porosity, initial catalyst particle size, bulk monomer concentration and pore size arrangement on the above-mentioned parameters. 

    Findings

    Modeling a supported Ziegler-Natta catalyst system showed that increasing the initial catalyst porosity or initial particle size or decreasing the bulk monomer concentration decreased the local reaction rate distribution width, resulting in narrower MWDs. Although, the polydispersity index generally changed oppositely due to its dependence on the location of the MWD in addition to its width. The model has elucidated and rationalized two unexplained experimental observations, i.e., increasing initial porosity reduces the catalyst activity in some studies and that polydispersity index generally changes irregularly and unpredictably with bulk monomer concentration. For the physical quantities studied in this work, the reaction rate is directly related to the MWD width, revealing that a trade-off between MWD width and yield should be sought for applications that require higher resistance to melt fracture phenomena, edge waviness and draw resonance. While, the reaction rate, MWD width and polydispersity index did not show any relationship with the participation ratio of the two fragmentation mechanisms. Increasing the initial catalyst porosity or the initial particle radius intensified the more preferred continuous bisection mechanism, thereby dropping the probability in fouling.

    Keywords: modeling, catalyst modification, heterogeneous catalyst, catalyst fragmentation, polydispersity index
  • Maral Ghahramani *, Mohammad Semsarzadeh Pages 259-281

    Hypothesis: 

    Poly(dimethyl siloxane) block copolymers membranes are a good choice for gas separation application. The mechanical strength and gas separation properties of these polymers can be improved by the preparation of layered membranes. In layered membranes, the coating layer generally controls the flow and selectivity of gas, while the porous substrate plays the role of mechanical strength supplier. The dense layer, at the interface of the substrate and selective layer, can also affect the efficiency of the layered membranes gas separation, and its performance depends on the morphology of the substrate and the gas permeation properties of the substrate and the coating layer. The goal of this research is to prepare and investigate the effect of substrate morphology on the performance of poly(dimethyl siloxane) block copolymers/polyurethane layered membranes.

    Methods

    Polyurethane substrates were prepared through the non-solvent-induced phase separation (NIPS) method. Different substrates with sponge-like and finger-like morphology structures were prepared with the help of changing the concentration of dope solution concentration (10, 20, 25, 30% by weight of polymer) and coagulation bath (molar ratio of water/methanol=100/0, 80/20, 70/30 and 50/50), and used for the preparation of poly(dimethyl siloxane) block copolymer/polyurethane layered membranes.

    Findings

    The polyurethane substrates revealed a finger-like morphology structure when a water coagulation bath was used due to the high exchange rate of solvent/non-solvent. Meanwhile, by adding methanol to the coagulation bath, the morphology of the substrate changed to a sponge-like one. In an overview, the gas separation properties of poly(dimethyl siloxane) block copolymers were improved by using a polyurethane substrate. The results revealed that by changing the morphology of the substrate from finger-like to sponge-like, the CO2 permeability of the membranes improved from 1.58 GPU to 4.53 GPU. While the permselectivity of the layered membranes (CO2/N2) decreased from 21.94 to 12.57.

    Keywords: polyurethane, non-solvent induced phase separation, Layered membrane, block copolymer, poly(dimethyl siloxane)
  • Sayed mohsen Hosseini *, Narjes Rabiei Karahroudi, Monireh Rafiei, Ashraf Ahmadi, Sadra Solhi Pages 283-293

    Hypothesis: 

    The surface modification of a heterogeneous cation exchange membrane was carried out through a chitosan nanocomposite layer containing copper oxide nanoparticles in an electrodialysis process. The effect of the formed surface layer on the structure and transfer, separation and antibacterial properties of the membranes was investigated.   

    Methods

    Double layer membranes were produced by dip-coating method. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractometry (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR-ATR), electrical resistance, ionic flux, ability to remove heavy metal ions, water content, water contact angle and antibacterial experiments were employed to examine the membranes.

    Findings

    The EDX and FTIR results confirmed the formation of chitosan-copper oxide nanocomposite layer on the surface of pristine membrane. The SEM images also showed the formation of a uniform layer on the modified membranes. The amount of water content for double-layer membranes showed an increasing trend compared to pristine membranes, although the contact angle results proved an increase in surface roughness for double-layer membranes. The results of ionic properties also showed that the electrical resistances of double-layer membranes decreased to 46% initially by utilizing CuO nanoparticles in the surface layer, whereas the monovalent ionic flux and bivalent flux for heavy metals were enhanced by 50% and >300%, respectively. At high ratios of CuO nanoparticles in the surface layer, the electrical resistance of membranes increased again and the flux showed a decreasing trend. Double-layer nanocomposite membranes showed a high ability to remove copper heavy metal ions and their antibacterial performance was suitable against Escherichia coli. Among the prepared membranes, the double-layer membrane containing 0.001% (by weight) copper oxide nanoparticles showed better performance compared to a pristine and other modified membranes.

    Keywords: Double layer ion exchange membrane, Electrodialysis, surface modification, Chitosan, Copper oxide nanoparticles, Separation, Transfer, Antibacterial properties