صحیحی در حداکثر کسر حجمی بارگذاری ذرات دارد همچنین این مدل ها اثر شکل ذرات اندازه ذرات و تجمع ذرات را لحاظ میکنند . [۳, ۲۴, ۲۵]
تمامی مدل های ذکر شده تماس بین ذرات معدنی و پلیمر را ایده آل تصور میکردند و در نتیجه تفاوت زیادی بین پیش بینی این مدل ها و داده های تجربی وجود داشت . ماهاجان برای حل این مشکل نواقص سطحی ایجاد شده را به عنوان یک شبه فاز در نظر گرفت و در پیش بینی تراوایی از آن استفاده کرد. و با توجه به این فرض مدل های دو فازی و سه فازی اصلاح شده مکسول را مطرح نمود. [۳, ۲۴]

( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

در همین رابطه فلسک^[۱۴] بیان دقیقی برای هدایت حرارتی کامپوزیت های دارای ذرات هسته-پوسته و ذرات هسته پوشش داده شده با لایه سطحی ارائه کرد و پال از این مدل برای محاسبه تراوایی درون غشاهای ماتریس آمیخته استفاده کرد .مدل ارائه شده توسط فلسک در واقع همان مدل مکسول است که علاوه بر ذرات پرکننده و فاز ماتریس شامل فاز میانی نیز میباشد. .[۲۶]
البته اعتبار مدل های ارائه شده برای پیش بینی تراوایی درون غشاهای ماتریس آمیخته تنها در مواردی که از پرکننده های میکروسایز درون ماتریس پلیمری استفاده شده است ثابت شده است و هیچ منبع معتبری وجود ندارد که بتواند در مواردی که از پرکننده های نانوسایز تراوا درون غشای ماتریس آمیخته استفاده می شود اعتبار این مدل ها را بررسی کند .
در این پژوهش ضمن بررسی تاثیر افزایش کسر حجم آزاد پلیمر مدل جدیدی را ارائه خواهیم داد تا بتواند تراوایی گازهای مختلف را در MMMs پرشده با نانوذرات معدنی تراوا به خوبی پیش بینی کند.
اهداف پژوهش
بررسی عملکرد غشاهای معدنی ، پلیمری و ماتریس آمیخته و پیش بینی تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته پرشده با نانوذرات معدنی تراوا در حالت ایده آل
تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته تابع تراوایی فاز پیوسته و پراکنده میباشد و برای پیش بینی آن نیاز به اطلاعات کاملی از تراوایی فاز پیوسته و پراکنده میباشد . پس از استخراج این اطلاعات از منابع معتبر به پیش بینی تراوایی در غشای ماتریس آمیخته در حالتی که تماس بین پلیمر و ذره ایده آل تصور شود میپردازیم و با بهره گرفتن از مدل های مکسول ، بروگمن ، لوییس نلسن و پال تراوایی ۹۴ نقطه داده ی متفاوت را که شامل ۴ غشای ماتریس آمیخته متفاوت میباشد میپردازیم.
بررسی تاثیر لایه میانی و کسر حجم ازاد پلیمر بر میزان تراوایی گازهای مختلف و عملکرد غشاهای پلیمری و ماتریس آمیخته شامل نانوذرات تراوا
افزودن ذرات نانو معدنی تراوا به پلیمر موجب شکل گیری لایه میانی بین پلیمر و ذرات میشود که خواص تراوایی در این لایه متفاوت با پلیمر و ذرات میباشد ، بنابراین برای پیش بینی تراوایی در غشاهای ماتریس آمیخته پر شده با نانوذرات معدنی تراوا نیاز به اطلاعات کاملی از نقش این لایه بر عملکرد غشاها داریم . بنابراین ضخامت این لایه در غشاهای مختلف ، تراوایی گازهای مختلف در این لایه و تاثیر آن بر عملکرد غشاهای ماتریس آمیخته را مطالعه و بررسی میکنیم.
پیش بینی تراوایی گازهای مختلف با در نظر گرفتن نقش لایه میانی و ارائه راهکاری نوین برای محاسبه تراوایی لایه میانی در غشاهای ماتریس آمیخته پر شده با نانو ذرات معدنی تراوا
برای نخستین بار مدل های تراوایی مکسول اصلاح شده ، بروگمن اصلاح شده ، فلسک و فلسک اصلاح شده را برای پیش بینی تراوایی گازهای مختلف زمانی که حجم آزاد قسمتی از پلیمر افزایش یابد بکار میبریم و سپس با بهره گیری از کسر حجم آزاد پلیمرهای مختلف راهکار جدیدی را برای محاسبه ی تراوایی گازهای مختلف در لایه میانی غشاهای ماتریس آمیخته پر شده با نانو ذرات معدنی تراوا ارائه میکنیم و سپس با بهره گرفتن از این راهکار یکبار دیگر از مدل فلسک برای پیش بینی استفاده میکنیم .
سنجش اعتبار و مقایسه ی عملکرد مدل های پیش بینی تراوایی گازهای مختلف در غشاهای ماتریس آمیخته پر شده با نانو ذرات معدنی تراوا استفاده شده در این پژوهش
در نهایت با ارائه نمودار و جداول مختلف و همچنین محاسبه میانگین مطلق انحراف از معیار هر نه مدل به مقایسه عملکرد آن ها میپردازیم که در میان مدل های که تماس بین نانوذرات و پلیمر را ایده آل فرض میکنند میانگین مطلق انحراف از معیار خطاها به شرح ذیل است:
مکسول > لوییس نلسن > پال > بروگمن
و با در نظر گرفتن تاثیر افزایش حجم آزاد قسمتی از پلیمر میانگین مطلق انحراف از معیار خطاهای مدل های موجود به شرح ذیل است:
مکسول اصلاح شده > فلسک اصلاح شده > بروگمن اصلا شده > فلسک > مدل جدید ارائه شده
مدل جدید ارائه شده بهترین عملکرد را در میان مدل های بکابرده شده در این پژوهش داراست که این بیانگر تاثیرگذاری و کارایی بالای این مدل نسبت به سایر مدل هاست .
فصل دوم
ادبیات و پیشینه پژوهش
تاثیر پرکننده های معدنی بر خواص غشاهای ماتریس آمیخته با توجه به ساختار شیمیایی آن ، شیمی سطح و نوع ذرات معدنی متفاوت است . به طور کلی پر کننده های معدنی مورد استفاده در غشاهای ماتریس آمیخته را میتوان به دو دسته ی پرکننده های معدنی تراوا (متخلخل) و پرکننده های نا تراوا(نا متخلخل) تقسیم بندی کرد که هر کدام اثرات متفاوتی را بر عملکرد این غشاها دارند. اگر پرکننده ها تراوا باشند باید تاثیرات الک مولکولی جداسازی گازها با اندازه و شکل آن ها مدنظر قرار گیرد . اگر اندازه منافذ به طور قابل ملاحظه ای بزرگتر از اندازه مولکول باشد مکانیزم جذب سطحی و جریان گزینشی سطحی مد نظر قرار میگیرد .پرکننده های بدون منفذ باعث کاهش تراوایی مولکول های بزرگتر و افزایش گزینش پذیری از طریق الگوی غیر مستقیم میشوند. حضور مواد آلی با اندازه چند نانومتر میتواند باعث ایجاد حفره در اطراف ذرات معدنی شده و با اختلال در زنجیرهای پلیمری باعث افزایش تراوایی شوند .[۲۷]
غشاهای ماتریس آمیخته پرشده با میکروذرات معدنی تراوا
خواص انتقال گاز از MMMs آلی-معدنی وابسته به نانومورفولوژی غشاهاست و مورفولوژی سطح مشترک پلیمر- مواد معدنی تعیین کننده خواص انتقال است . [۱۳] معمولا به دلیل تفاوت بین خواص پلیمر و فاز معدنی و تجمع پرکننده ها ساخت یک غشای ماتریس آمیخته ایده آل یک ماتریس پلیمری بدون هیچ گونه نقصی در سطح مشترک پلیمر-ذرات معدنی) بسیار دشوار است ، شکل گیری نواقص در سطح مشترک ذره و پلیمر به دلایل مختلف تقریبا اجتناب ناپذیر است. [۳]
نواقص موجود در سطح مشترک پلیمر-ذرات معدنی که بر عملکرد غشاها تاثیر گذار هستند را میتوان به سه دسته ی کلی تقسیم بندی کرد: [۳, ۱۳, ۲۸]
۱ – سفت شدن لایه ای از پلیمر^[۱۵] که در اطراف ذرات معدنی قرار گرفته است
۲ - ایجاد حفره در سطح مشترک پلیمر و فاز معدنی و اطراف ذرات معدنی^[۱۶]
۳ – انسداد جزئی منافذ پرکننده های معدنی^[۱۷]
شکل ۲-۳ این سه پدیده و مورفولوژی ایده آل پلیمر-ذرات معدنی را در غشاهای ماتریس آمیخته نشان میدهد .[۲۸] مورد اول به عنوان مورفولوژی ایده آل در نظر گرفته می شود در واقع نشان دهنده ی یک ترکیب همگن از ذرات معدنی و پلیمر است . مورد دوم مربوط به سفت شدن زنجیر پلیمری می باشد . مورد سوم نشان دهنده ی تشکیل حفره اطراف ذرات معدنی و مورد چهارم نشان دهنده ی انسداد جزئی منافذ پلیمر می باشد . برای تشکیل فاز میانی(یا همان نواقص سطح مشترک پلیمر و ذرات) به نظر میرسد دو عامل تعیین کننده هستند :طبیعت تعامل بین پلیمر و ذرات الک مولکولی و تنش در طول تشکیل غشا[۷]

شکل ۱-۲ نمایش مورفولوژی غیر ایده آل در غشای ماتریس آمیخته[۷]
جدول۱-۲ خلاصه ای از تاثیر پدیده های نواقص سطحی ایجاد شده بر عملکرد غشاهای ماتریس آمیخته