Študija vpliva obratovalnih pogojev in predčiščenja na mašenje membrane pri ultrafiltraciji hladilno mazalnih sredstev

slovenski

doktorska dela

2014

Disertacije   elektrokoagulacija   hladilno mazalna sredstva   keramične membrane   mašenje   mehanizmo mašenja   predčiščenje   Ultrafiltracija

Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

Raziskava v okviru doktorske disertacije temelji na preučevanju vpliva različnih dejavnikov na mašenje membrane med ultrafiltracijo hladilno mazalnih sredstev. Eden od možnih načinov preprečevanja oziroma omejevanja mašenja membrane in posledično zmanjševanje gostote volumskega toka je nadzor obratovalnih pogojev. Zato smo v prvem delu doktorske naloge preučevali relativni vpliv štirih procesnih parametrov (pH, koncentracije olja v emulziji, %, transmembranskega tlaka, %p, in temperature, T) na treh nivojih in določali kombinacijo obratovalnih pogojev, pri katerih je bila dosežena največja gostota volumskega toka ter najmanjše mašenje keramične membrane. V raziskavi so predstavljeni in obravnavani rezultati poskusov filtracije, ki so bili vnaprej določeni s Taguchijevim načrtom poskusov. Z metodo analize variance (ANOVA) smo statistično ovrednotili delež vpliva procesnih parametrov na vrednost optimizacijskega kriterija, ki je bil v našem primeru gostota volumskega toka. Poskusi ultrafiltracije modelne emulzije rezalnega olja so bili izvedeni na pilotni ultrafiltracijski napravi s keramično membrano, integrirano v cevni modul. Med poskusi smo spremljali gostoto volumskega toka permeata v odvisnosti od časa ultrafiltracije. Na podlagi rezultatov kemijskih analiz smo določali učinkovitost odstranjevanja posameznih komponent pri določenih procesnih pogojih. Optimalne pogoje ultrafiltracije, ki zagotavljajo najvišjo gostoto volumskega toka, smo dosegli pri %p = 5 bar, pH = 7, % = 0,5 v/v % in T = 45 °C. pH emulzije je imel največji vpliv na učinkovitost odstranjevanja organskih onesnažil. Površinske in strukturne lastnosti membrane so pomembne za njihovo prepustnost, ki definira zmogljivost filtracijske naprave, ter igrajo ključno vlogo v povezavi z mašenjem membrane. Na splošno velja pravilo % bolj je površina membrane hidrofilna, manj se maši. Tudi elektrostatični pojavi, ki jih pogosto ovrednotimo z zeta potencialom membrane, imajo vpliv na pojav mašenja. V drugem delu raziskave smo preučevali ultrafiltracijo rezalnega olja s tremi različnimi polimernimi membranami (regenerirana celuloza (RC), poliakrilonitril (PAN) in polieterimid (PEI)). Gostoto volumskega toka v odvisnosti od časa ultrafiltracije smo preučevali na dveh različnih napravah s čelnim in prečnim pretokom. Glede na meritve zmanjšanja gostot volumskega toka smo določili mehanizme mašenja membran z uporabo modelov po Hermi-ji in modificiranega indeksa mašenja membran (MFI). Površinske lastnosti uporabljenih membran smo določali z merjenjem stičnega kota in pretočnega potenciala. Med tremi različnimi testiranimi materiali ultrafiltracijskih membran smo dobili najboljše rezultate pri uporabi membrane iz močno hidrofilne regenerirane celuloze pri prečni pretočni filtraciji. Prevladujoči mehanizem, ki se pojavlja pri mašenju membran z rezalnimi olji, v glavnem ustreza modelu filtrnega kolača. V tretjem delu doktorske naloge smo problem mašenja membran reševali s predčiščenjem oljne emulzije. Preučevali smo uporabnost elektrokoagulacije v nadgradnji sistema ultrafiltracije. S predobdelavo smo želeli znižati delež organskega onesnaženja in izboljšati proces ultrafiltracije. Uporabili smo modelne emulzije rezalnega olja z različnimi koncentracijami olja v vodi. Pri poskusih elektrokoagulacije smo uporabili aluminijeve elektrode, poskuse ultrafiltracije pa smo izvedli v laboratorijski celici s prečnim pretokom z uporabo ploščate membrane iz regenerirane celuloze. Ugotovili smo, da predčiščenje z elektrokoagulacijo bistveno izboljša gostoto volumskega toka pri ultrafiltraciji emulzije rezalnega olja. Prav tako se zmanjša mašenje membrane in upornost sloja filtrnega kolača. Ireverzibilno mašenje membrane popolnoma izgine po 30 min elektrokoagulacije. Z elektrokoagulacijo se poveča velikost delcev v emulziji in izboljša odstranjevanje rezalnega olja do 10 %.

07.08.2023