Selluloosamembraanin pintavarauksen estimointi suolaretentioiden avulla
Karvonen, Roosa (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023060552462
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023060552462
Tiivistelmä
Membraanin pintavaraus vaikuttaa myös ultrasuodatuksessa membraanin erotuskykyyn, vaikka erotettava komponetti ei kokonsa perusteella olisi erotettavissa. Pintavaraus saa aikaan membraanin pinnalle sähköisen kaksoiskerroksen ja tämä edelleen suolan retention. Kysessä on silloin niin kutsuttu Donnan-ilmiö. Käytännön sovelluksissa membraanin pintavarauksen analysointi on hankalaa moduulin monimutkaisuuden vuoksi sekä yleensä pintavarausta analysoidaan virtauspotentiaalimenetelmällä, jossa membraani kuitenkin tuhoutuu eikä sitä voida jatkossa käyttää.
Tämän työn tarkoituksen on tutkia laimeiden suolaliuosten avulla membraanin pintavarauksen ja sen aikaansaaman retention välistä yhteyttä. Suodatuskokeissa käytettiin Na₂SO₄- ja CuSO₄- liuoksia eri suolan konsentraatiossa ja suodatuskokeiden tulosten perusteella havaittiin, että Na₂SO₄ liuoksilla suoritetuilla suodatukokeilla saadaan aikaan parempi retentio. Tämän pääteltiin johtuvan kationin valenssista. Pintavarauksen vaikutuksen tutkimisessa suolan retentioon apuna käytettiin TEMPO-hapetusta. Hapetuksia tehtiin neljälle membraanille. Virtauspotentiaalimittausten perusteella membraanin hapetus onnistui ja ne saatiin varautumaan alkuperäistä negatiivisemmaksi.
Membraanin aikaansaaman retention ja suodatetun liuoksen sähkönjohtavuuden pääteltiin noudattavan jotakin eksponentiaalista trendiä ja tähän löydettiin funktio, joka selittää Na₂SO₄- ja CuSO₄ suolojen suolaretentio tuloksia hyvin. Jokaiselle sovitukselle R2- arvoksi saatiin yli 0,99, joten sovitus oli hyvä. Kuitenkin membraanin varauksen kasvaessa sovituksen arvon havaittiin huonontuvan. Määritetyn funktion parametrien ja membraanin pintavarauksen välille löydettiin lineaarinen yhteys.
Löydetty yhteys zeta-potentiaalin ja funktion muodon välille mahdollistaisi sen, että membraanin pintavarausta pystyisi arvioimaan ilman virtauspotentiaalimittausta. Kuitenkaan ei tiedetä, miten menetelmä toimii muille kuin selluloosamembraaneille tai positiivisesti varautuneille membraaneille. Myöskään ei tiedetä miten menetelmä toimisi käytännön membraanisuodatusprosesseissa ja tämä vaatii jatkotutkimuksia.
Tämän työn tarkoituksen on tutkia laimeiden suolaliuosten avulla membraanin pintavarauksen ja sen aikaansaaman retention välistä yhteyttä. Suodatuskokeissa käytettiin Na₂SO₄- ja CuSO₄- liuoksia eri suolan konsentraatiossa ja suodatuskokeiden tulosten perusteella havaittiin, että Na₂SO₄ liuoksilla suoritetuilla suodatukokeilla saadaan aikaan parempi retentio. Tämän pääteltiin johtuvan kationin valenssista. Pintavarauksen vaikutuksen tutkimisessa suolan retentioon apuna käytettiin TEMPO-hapetusta. Hapetuksia tehtiin neljälle membraanille. Virtauspotentiaalimittausten perusteella membraanin hapetus onnistui ja ne saatiin varautumaan alkuperäistä negatiivisemmaksi.
Membraanin aikaansaaman retention ja suodatetun liuoksen sähkönjohtavuuden pääteltiin noudattavan jotakin eksponentiaalista trendiä ja tähän löydettiin funktio, joka selittää Na₂SO₄- ja CuSO₄ suolojen suolaretentio tuloksia hyvin. Jokaiselle sovitukselle R2- arvoksi saatiin yli 0,99, joten sovitus oli hyvä. Kuitenkin membraanin varauksen kasvaessa sovituksen arvon havaittiin huonontuvan. Määritetyn funktion parametrien ja membraanin pintavarauksen välille löydettiin lineaarinen yhteys.
Löydetty yhteys zeta-potentiaalin ja funktion muodon välille mahdollistaisi sen, että membraanin pintavarausta pystyisi arvioimaan ilman virtauspotentiaalimittausta. Kuitenkaan ei tiedetä, miten menetelmä toimii muille kuin selluloosamembraaneille tai positiivisesti varautuneille membraaneille. Myöskään ei tiedetä miten menetelmä toimisi käytännön membraanisuodatusprosesseissa ja tämä vaatii jatkotutkimuksia.