غشای فوتوکاتالیستیی

عنوان: غشای فوتوکاتالیستیی
نویسنده مسئول:

فهرست
چکیده 3
مقدمه 3
1-انواع فوتوکاتالیست 5
1-1-غشای فوتوکاتالیستی 7
1-2- انواع غشای فوتوکاتالیستیء 8
1-2-1- غشای فوتوکاتالیستیء متقارن 8
1-2-2- غشای فوتوکاتالیستیء نامتقارن 9
2-1- انواع فرآیندهای غشای فوتوکاتالیستییی براساس اندازه ذرات 10
2-1-1- میکروفیلتراسیون 10
2-1-2- اولترافیلتراسیون 11
2-1-3- نانو فیلتراسیون 11
2-1-4- اسمز معکوس 11
3- فرآیند غشای فوتوکاتالیستییی دیگر 12
3-1- مدوله کردن غشای فوتوکاتالیستی 12
3-2- انواع مدول 14
3-3- انواع روشهای قرار گیری فوتوکاتالیست در غشا 15
5-کاربرد فرآیندهای غشای فوتوکاتالیستیی فوتوکاتالیستی 17
6-مزایای کاربرد تکنولوژی غشای فوتوکاتالیستی 17
7-بحث و نتیجه گیری 19

چکیده
فوتوکاتالیستها گروهی از نانوذرات هستند که خاصیت فوق العاده ای در زمینه تخریب و تصفیه آب دارند غشای فوتوکاتالیستیی فوتوکاتالیستی شکل خاصی از فوتوکاتالیستها هستند که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند غشای فوتوکاتالیستیی فوتوکاتالیستی انواع مختلفی دارند که شامل: فوتوکاتالیست جاگذاری شده بر روی غشای فوتوکاتالیستی، فوتوکاتالیست جاگذاری شده درون و فوتوکاتالیست به صورت معلق در غشای فوتوکاتالیستی. در این مقاله قصد داریم به صورت کامل این نانوکاتالیست ها را بررسی کنیم و انواع نانوذرات به همراه انواع غشاهای مورد استفاده در این فرایندها را مورد بررسی قرار دهیم همچنین درمورد انواع کاربرد این غشاها مطالبی خواهد آمد و در پایان مزایای این روشها مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
مقدمه
فتوکاتالیست ها موادی هستند که باعث نابودی آلاینده ها در آب و فاضلاب و تبدیل آنها به مواد بی خطر نظیر آب و دی اکسید کربن می شوند[1]. فتوکاتالیست ماده ای است که در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز یک واکنش شیمیایی شود، در حالی که خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نشود. فتوکاتالیست ها مستقیماً در واکنش های اکسایش و کاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز برای انجام واکنش ها را فراهم می کنند تعدادی از مواد که به عنوان فتوکاتالیست به کار میروند عبارتند از: دی اکسید تیتانیم (TiO2 )،اکسید روی (ZnO)،اکسید آهن (Fe2O3 )، اکسید تنگستن (WO3 ).دی اکسید تیتانیم به علت قیمت پایین،عدم نیاز به انرژی بالا، بازدهی بالا و عدم ایجاد آلودگی از بقیه مشهور تر است.دی اکسید تیتانیم کاربردهای فراوانی در زمینه های مختلف سنتزشیمیایی ،حفظ محیط زیست و پزشکی دارد.این اکسید به صورت نانو پودر و لایه نازک می تواند در انواع راکتور های شیمیایی به انجام واکنش کمک کند.اندازه این فتوکاتالیست در اندازه 20 نانومتر ساخته می شود. پس از جذب اشعه ماورابنفش به وسیله این ذرات طول موجهای کوچک تر از 400 نانومتر، اکترونهای آنها برانگیخته شده و از مدار خود خارج می شوند.که نتیجه آن بر جای گذاشتن حفراتی است که قابلیت اکسید کنندگی بسیار بالایی دارند. در عین حال الکترونها نیز که خاصیت احیا کنندگی قوی دارند پس از تماس با آب رادیکال های آزاد اکسیژنی. هیدرواکسیدی ایجاد می کنند[2]. این رادیکالها خاصیت اکسید کنندگی بالایی داشته و قادر خواهند بود مواد آلاینده و باکتری ها را به مواد بی خطر مانند آب و دی اکسید کربن تجزیه کنند.شکل عملکرد دی اکسید تیتانیم را نشان می دهد. برای بهبود کارایی این نانو ذرات از دی اکسید تیتانیم تلفیح شده با آهن، اربییوم و لانتانیوم و مولیبدن استفاده می شود. برای تلفیح، ترازهای دیگر از انرژ ی درون باند ممنوعه این نیمه رسانا به وجود آمده و عمل اکسایش تحت تابش ها و طول موجهاب بلندتر و به طور ویژه درناحیه مرئی انجام می شود.
این رو، جایگزین بالقوه منابع برای تیتانیوم فتوکاتالیست بالقوه ای بنام اکسید روی است. مشابه TiO2، اکسید روی می تواند به عنوان یک نامزد فتوکاتالیست ایده آل است که مقرون به صرفه برای محیط زیست است. به تازگی، گزارشات مختلف نشان داده اند که مواد فتوکاتالیستی خوب اکسید روی هستند. برای نمونه، ساکسیول و همکاران دریافتند که نانوذرات اکسید روی نرخ جذب بالاتر ی از نانوذرات TiO2دارند. آنها نسبت به این توانایی( از اکسید روی) در جذب بخش بزرگی از طیف خورشیدی و کوانتوم نور ازکه از TiO2 بهتر هستند
اکسید روی در اشکال مختلف تولید شده که این اشکال در ابعاد 1بعدی، 2بعدی یا 3بعدی می باشد. علاوه بر این ، بسیاری از گزارش در مورد استفاده از اکسید روی به خصوص نانوساختارها در دستگاه اپتوالکترونیک وارد شده است.
اگر چه ، بیشتراین نانوساختارها اکسید روی به صورت 1بعدی اکسید روی هستند. در نتیجه، به شدت تلاش می شود مطالعه نانوساختارهای ا بعدی را نادیده گرفته توسعه نانوساختارها 2 بعدی اکسید روی را بدهند.. تا به حال،به طورمحدود گزارشاتی درمورد استفاده از نانوساختارها به خصوص نانو ساختارهای 2 بعدی اکسید روی به عنوان مواد فتوکاتالیست وجود داشته است. [3]
1-انواع فوتوکاتالیست
فوتو کاتالیستها به کاتالیزورهایی گفته می شود که در حضور نور فعال می شوند. فتوکاتالیست ها معمولاً اکسیدهای جامد نیمه رسانا هستند که با جذب فتون ها یک جفت الکترون-حفره در آنها ایجاد می شود. این الکترون-حفره می توانند با مولکول های موجود در سطح ذرات واکنش دهند. در طول دهه های اخیر اهمیت اقتصادی و فناورانه فتوکاتالیس تها به صورت قابل ملاحظهای افزایش یافته است. بهبود عملکر فتوکاتالیستها به شدت به فناوری وابسته است. به عنوان مثال تولید فتوکاتالیستهای نانوذرهای، بازده کاتالیستی مواد خاص را به طور چشمگیری افزایش داده است و تنوع کاربردهای آنها توسعه یافته است. از کاربرد فتوکاتالیستها در تولید سطوح ضد بخار، ضد میکروب و خود تمیز شونده گرفته تا تصفیه آب و هوا و نیز تولید هیدورژن به کمک انرژی خورشیدی، همگی راه خود را به سوی تجاری شدن باز کردهاند. به هرحال، تحقیقات گسترده برای بهینه سازی بیشتر این فناوری و گسترش طیف کاربردهای بالقوه آن ادامه دارد. جهتگیری پژوهش ها و برنامه ها به سمت تهیه پوششهای غیر چسبنده یا ضد اثر انگشت، دفع آلودگی و تجزیه مواد آلی از قبیل میکروبها و یا چربی است [4].

هنگامی که مواد نیمرسانا مانند فتوکاتالیستها" در معرض نور خاصی قرار بگیرند، واکنشهای شیمیایی (مثل تجزیه مولکول های آلی) را آغاز کرده یا سرعت می بخشند. ذرات کاتالیست نانومتری با توجه به سطح بزرگشان در مقایسه با ذرات بزرگتر و یا مواد تودهای، به طور قابل توجهی واکنش بیشتری نشان میدهند. مواد متعددی تحت بررسی هستند؛ با این حال، به نظر میرسد هیچکدام به بازده تیتانیوم اکسید نمی رسند برای استفاده از تیتانیوم اکسید نیاز به تابش نور در محدوده ماوراء بنفش و یا در لبه آبی طیف است. در نتیجه بیشتر کاربردها محدود به مناطقی است که در فضای باز قرار دارند. با این حال، با وجود کاهش روشنایی طبیعی، حتی در داخل ساختمان محصولاتی از قبیل سرامیکهای بهداشتی به طور فزایندهای استفاده میشود. علاوه بر این، تحقیقاتی در حال انجام است تا محدوده طیف قابل استفاده را به سمت نور مرئی گسترش دهد موضوع نگهداری و نظافت، محرکهای کلید برای استفاده از سطوح خود تمیز شونده هستند. این دو موضوع کلی به صورت مستقیم به اصلاح سطح با فتوکاتالیستها وابسته هستند. در این مورد نیز اغلب از تیتانیوم اکسید استفاده میشود. این سطوح باعث تجزیه ملکولهای آلی چسبیده به سطح تحت تابش نور میشوند و از اهمیت ویژه ای برای کاربردهای ضد باکتری، ضد ویروسی و ضد قارچی برخوردار هستند [5].
پاکسازی سطوح ارتباط خاصی با زمینه های کاربردی مانند مهندسی داروهای زیستی و تهیه مواد غذایی دارد با تابش شدید نور ماوراء بنفش به سطوح پوشش داده شده با تیتانیوم اکسید "آبدوستی القا شده با نور" ایجاد میشود. این سطوح از شکلگیری قطرات آب جلوگیری کرده و در عوض سطح با یک لایه نازک یکنواخت مرطوب پوشیده میشود که زیر آلودگیهای سطح نفوذ میکند. بنابراین سطوح آبدوست به راحتی میتوانند با پاشیدن آب خالص رفع شوند اما الودگیهای شیمیایی و ارگانیک در اب نامحلول هستند و به راحتی پاک نمی شوند و نیاز به حدواسطها یا دترجنت دارند امروزه استفاده از فوتوکاتالیست در این زمینه منجر به ایجاد شوینده های جدیدی شده است.
1-1-غشای فوتوکاتالیستی
ارائه یک تعریف کامل و جامع از غشای فوتوکاتالیستیء که تمام جوانب از آن ارائه شده باشد بسیار مشکل است. بطور کلی یک غشای فوتوکاتالیستی مانعی است که دو فاز را جدا نموده و انتقال انواع اجزای شیمیایی را به نحوه خاصی کنترل می کند. در واقع غشای فوتوکاتالیستیء مانع جدا کننده ای است که نرخ تراوش اجزا شیمیایی مجاور خود را به نحوه خاصی تعدیل می کند.

شکل 2 شمای کلی غشای فوتوکاتالیستی
در یک فرآیند غشای فوتوکاتالیستییی عموماً دو فاز وجود دارد که بوسیله ی فاز سوم (غشای فوتوکاتالیستیء) بطور فیزیکی از یکدیگر جدا شده اند . فازها از مخلوطی از گازها تشکیل شده اند که یکی از اعضای موجود در مخلوط بیش از سایرین انتقال می یابد. به عبارت دیگر غشای فوتوکاتالیستیء نسبت به یکی از اعضای انتخاب گر و گزینش پذیر است. در این صورت انتقال آن جز از یک فاز به فاز دیگر توسط غشای فوتوکاتالیستیء انجام خواهد شد. به این ترتیب یکی از فازهای غنی از آن جزء و دیگری تهی از آن جزء میگردد.

در سال 1861بطور تقریبی زمانیکه گراهام اولین آزمایش های دیالیز خود را با استفاده از غشای فوتوکاتالیستیهای سنیتیکی انجام داده ، که به دنبال آن مکسول (بیان دمون) را ایجاد کرد. موجودی ست که توانایی های او بسیار زیاد است و می تواند هر مولکولی را که در مسیرش دنبال کند و نیز هرچیزی را که در حال حاضر برای ما غیر ممکن است ممکن سازد. به عبارت دیگر دمون می تواند بین مولکول ها تفاوت قائل شود.
فرض کنید یک ظرف به دو قسمت تقسیم می شود که بوسیله یک سری از دانه های ریز از هم جدا می شوند. دمون مکسول روی سوراخ ها قرار گرفته و می تواند به میل خود سوراخ ها را باز کند و یا ببندد.
غشای فوتوکاتالیستیها چهار مشکل عمده داشتند که مانع استفاده از آنها در سطح وسیعی بعنوان یک فرآیند جداسازی صنعتی بو: [6]:
1- غشای فوتوکاتالیستیء هنوز قابل اطمینان نبودند.
2- فرآیندها غشای فوتوکاتالیستییی خیلی کند بودند.
3- گزینش پذیری غشای فوتوکاتالیستیها خیلی کم بود.
4- غشای فوتوکاتالیستیها خیلی گران و پرهزینه بودند.
1-2- انواع غشای فوتوکاتالیستیء
درتقسیم بندی کلی می توان غشای فوتوکاتالیستیها را به دو دسته بیولوژیکی و سنتزی تقسیم نمود. بطور کلی غشای فوتوکاتالیستیءعبارت ازیک لایه ی نازک که باعث تبخیر تراوش اجزای شیمیایی در تماس با غشای فوتوکاتالیستیء می شود. غشای فوتوکاتالیستیء از نظر مولکولی ممکن است همگن باشد. غشای فوتوکاتالیستیهای همگن از نظر ترکیب درصد شیمیایی و ساختار کاملا یکنواخت هستند .علاوه براین غشای فوتوکاتالیستیها ازنظر شیمیایی و فیزیکی ممکن است ناهمگن باشند. غشای فوتوکاتالیستیها ممکن است متقارن و نامتقارن باشند [7].
1-2-1- غشای فوتوکاتالیستی متقارن
غشای فوتوکاتالیستیء میکرومتخلخل
غشای فوتوکاتالیستیء چگال نامتخلخل
غشای فوتوکاتالیستیء بار الکتریکی
1-2-2- غشای فوتوکاتالیستی نامتقارن
غشای فوتوکاتالیستیء مایع حفاظت شده
غشای فوتوکاتالیستیهای نامتقارن لایه نازک مرکب
غشای فوتوکاتالیستیهای سرامیکی – فلزی – مایع – پلیمری
غشای فوتوکاتالیستیهای بنیادی
غشای فوتوکاتالیستیء میکرومتخلخل :غشای فوتوکاتالیستیء میکرومتخلخل از نظر ساختار وکارکرد تقریبا" مشابه فیلترهای معمولی هستند. این نوع غشای فوتوکاتالیستیها دارای ساختار صلب با فضای خالی زیاد و حفره هایی پیوسته و متصل غیر یکنواخت تصادفی هستند.
حفره های این نوع غشای فوتوکاتالیستیها نسبت به فیلترهای معمولی بسیار کوچکتر هستند و قطر آن بین 10-0.01 تمام اجزا و ذرات بزرگتر از حفره ها توسط غشای فوتوکاتالیستیء حذف می شوند.
میزان حذف وابسته به میزان توزیع اندازه حفره ها می باشد. اجزایی که از حفره ها بزرگتر ، کوچکتر هستند ولی از کوچکترین حفره ها بزرگتر هستند بطور نسبی حذف می شوند.
بنابراین جداسازی اجزای محلول توسط غشای فوتوکاتالیستیهای میکرومتخلخل تابعی از اندازه ی مولکولی و توزیع اندازه ذرات می باشد.
بطور کلی در فرآیند اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون ، مولکول هایی با تفاوت اندازه قابل توجه توسط غشای فوتوکاتالیستی میکرومتخلخل قابل جداسازی هستند [8].
غشای فوتوکاتالیستیهای چگال نامتخلخل
غشای فوتوکاتالیستیء چگال نامتخلخل شامل لایه چگالی هستند که جریان تراوش یافته توسط مکانیزم نفوذ ناشی از گرادیان فشار ، غلظت یا پتانسیل الکتریکی از درون لایه عبوری می کند. جداسازی اجزای محتلف موجود در یک مخلوط تابعی از نرخ انتقال نسبی آنها از میان غشای فوتوکاتالیستیء می باشد. در این غشای فوتوکاتالیستی انتقال بوسیله نکانیزم انحلال ، نفوذ می پذیرد. بنابراین غشای فوتوکاتالیستیهای نامتخلخل چگال قادر به جداسازی مواد محتلف با اندازه مولکولی یکسان می باشد. مشروط بر اینکه غلظت آنها در غشای فوتوکاتالیستیء (بنابر حلالیت آنها) به میزان قابل توجهی متفاوت باشد. اغلب جداسازی گازی ، از ساختار نامتقارن در غشای فوتوکاتالیستیهای مورد نظر استفاده می شود . الکترودیالیز فرآیندهایی ست که در آن از غشای فوتوکاتالیستیهای چگالی با ساختار متقارن استفاده می شود [9].
2-1- انواع فرآیندهای غشای فوتوکاتالیستی براساس اندازه ذرات
فرآیندهای غشای فوتوکاتالیستییی براساس ابعاد ذراتی که جداسازی میکنند به چهار دسته تقسیم میشوند :
میکروفیلتراسیون
اولترافیلتراسیون
نانوفیلتراسیون
اسمز معکوس
2-1-1- میکروفیلتراسیون
منافذ و حفره های موجود در این غشای فوتوکاتالیستی بین 1/0 تا 3 میکرومتر متغیر است..جنس غشای فوتوکاتالیستیهای میکروفیلتراسیون بیشتر از انواع پلیمرها ، فلزات و سرامیک ها می باشد. این غشای فوتوکاتالیستی بصورت دیسکی و صفحه ای طراحی و بکار برده می شوند.
2-1-2- اولترافیلتراسیون
در اولترافیلتراسیون اندازه حفره ها بزرگ است 1000MWاولترافیلتراسیون توانایی جدایی مواد بالای می باشد.10-100Psi gو نیاز به اعمال فشارهای خیلی بالا نیست و رفتار مورد استفاده اولترافیلتراسیون مواد آلی درشت کلوئیدها و باکتری ها را جدا می کند و اغلب یون ها و مواد آلی کوچک از این نوع غشای فوتوکاتالیستی عبور می کنند.
2-1-3- نانو فیلتراسیون
ترکیبات آلی بعضی از نمک های دوظرفیتی را از آب جدا میکند.250-1000MWدر فرآیند نانوفیلتراسیون
کمتر است اغلب ازفرآیند نانوفیلتراسیون برای سبک کردن آبهای سنگینRO غشای فوتوکاتالیستی بکار رفته در فرآیند نانوفیلتراسیون از و همچنین جهت کاهش آلودگی آب استفاده می کنند.
2-1-4- اسمز معکوس
اسمز معکوس در جداسازی مواد محلول بکار برده می شود. برای جداسازی نمک ها از آب باید به محلول غلیظ فشاری اعمال شود که این فشار بعنوان نیروی محرکه سبب عبور حلال از محلول غلیظ به محلول رقیق تر می گردد و ذرات حل شده در محلول غلیظ تر باقی می ماند. اسمز معکوس مواد آلی را بطور کامل و یون ها را تا 99 درصد از آب جذب می کند. البته انتخاب نوع اسمز معکوس باید براساس کیفیت آب مورد نیاز و شرایط آب خوراک صورت گیرد. سیستم های اسمز معکوس می تواند بصورت سریع یا پشت سر هم مورد استفاده قرار گیرند. در این حالت بازگشت و جداسازی میباشد[7].
نکته مهم دیگر در مورد این نوع غشای فوتوکاتالیستیها عدم مشاهده حفره ها و منافذ در سطح این غشای فوتوکاتالیستیها حتی بوسیله میکروسکوپ های قوی اکترونی است. به همین دلیل مکانیسم جداسازی به روش انحلال حلال در غشای فوتوکاتالیستیها و آزاد شدن آن در سمت دیگر پیش بینی می شود. انرژی مورد نیاز برای اعمال این نیروی محرکه در مقایسه با انرژی مورد نیاز در فرآیند خالص سازی به روش تغییر فاز بسیار کمتر است.

3- فرآیند غشای فوتوکاتالیستییی دیگر
1-فرآیند غشای فوتوکاتالیستییی تبخیری : فرآیندهای غشای فوتوکاتالیستییی تبخیری که یک گاز فرار یا دارای نقطه جوش پایین از یک مایع به واسطه وجود یک لایه ی غشای فوتوکاتالیستییی جدا می شود نیروی محرکه در فرآیند خلاء ایجاد شده در طرف دیگر غشای فوتوکاتالیستی است. این روش جهت جداسازی و بازیابی مایعات مخلوط شده و یا آب زدایی از هیدروکربن های مایع بکار می رود [7].
2-الکترودیالیز: الکترودیالیز یک فرآیند الکتریکی ست که جهت جداسازی ذرات باردار از محلول های آبی یا سایر محلول ها استفاده می شود. در این فرآیند یک غشای فوتوکاتالیستیء دارای بار مثبت که سبب جذب مواد دارای بار منفی به سمت دیگر غشای فوتوکاتالیستیء با بار منفی است که ذرات دارای بار مثبت را جذب خود میکند محلول دارای ذرات باردار به محفظه بین این دو غشای فوتوکاتالیستی پمپ می شود و از سمت دیگر آب بدون یون خارج می شود [9].

فرآیند دیگر دیالیز این است که نیروی محرکه در این فرآیند اختلاف غلظت مواد در طرفین غشای فوتوکاتالیستیء است. مواد از سمتی که غلظت بیشتری دارند به سمتی که غلظت کمتری دارند منتقل می شود این انتقال تا زمانی صورت می گیرد که غلظت مواد در طرفین غشای فوتوکاتالیستی با هم برابر شود.
یکی از کاربردهای مهم الکترودیالیز در تصفیه خون کسانی ست که کلیه های خود را از دست داده اند.
3-1- مدوله کردن غشای فوتوکاتالیستی
غشای فوتوکاتالیستیها بنا به عملکرد ویژه خود در جداسازی مواد احتیاج با اعمال شرایط فیزیکی خاصی دارند تا جداسازی تا حدامکان صورت گیرد. این شرایط را محفظه ای که غشای فوتوکاتالیستی در آن قرار میگیرد فراهم می کند و کار آن نگهداری غشای فوتوکاتالیستی در داخل خود و کنترل نمودن حرکت سیال خوراک جهت جداسازی بوسیله غشای فوتوکاتالیستیء و هدایت محصولات حاصل از جداسازی به خارج از این محفظه ها است . این محفظه ها اصطلاحاً مدول نامیده می شوند [10].
در انواع و اشکال مختلف ساخته و بکار برده می شوند .
لازم به ذکر است اگر یک غشای فوتوکاتالیستیء خوب در یک مدول نامناسب قرار گیرد کارایی لازم را از خود نشان نخواهد داد.
ویژگی های مدول :
طراحی مدول باید به گونه ای باشد که شرایط زیر تا حد امکان در آن رعایت شده باشد :
1-سیستم مقاومت فیزیکی لازم را داشته باشد.
2-غشای فوتوکاتالیستیء زیادی در داخل آن قرار می گیرد.

3-حرکت سیال به نحوه مورد نظر برای جداسازی بهتر توسط مدول کنترل شود.

4-مدول باید بتواند مقدار معینی از اجزای جدا شده از سیال و باقی مانده در مدول را برای مدت مشخصی قبل از تخلیه در خود نگه دارد.
5-طراحی مدول به گونه ای باشد که تا حد امکان کمترین گرفتگی در غشای فوتوکاتالیستیء بعد از فرآیندهای جداسازی مشاهده شود.
6-در صورتی که نیاز به تمیز کردن غشای فوتوکاتالیستیء باشد این کار به سادگی قابل اجرا باشد.
7-تعمیر و نگهداری از آن آسان باشد.
3-2- انواع مدول
مدول های بکار گرفته سده در صنایع به چهار دسته تقسیم می شود :
1-مدول های صفحه ای2-مدول صفحه ای مارپیچی3-مدول های لوله ای4- مدول های الیافی
مدول های صحفه ای
اساس کار در این مدول ها عبور خوراک از سطح غشای فوتوکاتالیستیء و عبور بعضی از اجزا به سمت دیگر غشای فوتوکاتالیستی می باشد.این مدول ها شامل تعدادی از صفحات غشای فوتوکاتالیستییی هستند که با طراحی های مختلف ساخته می شوند.
از مزایا این مدول ها قابل استفاده بودن آنها در جداسازی اجزای سیالات دارای ویسکوزیته بالا و همچنین قابل استقاده در سیالات حاوی ذرات جامد معلق سوسپانسیونی است. و مزیت دیگر آن تعویض آسان غشای فوتوکاتالیستیهای تخریب با غشای فوتوکاتالیستیهای جدید می باشد [11].

از معایب آن دانسیته کم غشای فوتوکاتالیستیء مورد استفاده و به طبع آن کم بودن حجم جداسازی ها ، قیمت بالای آن هاست. به همین دلیل از این نوع غشای فوتوکاتالیستیها بیشتر در الکترودیالیز و در جداسازی های آزمایشگاهی استفاده می شود و در صنعت کمتر مورد استفاده قرار می گیرند این مدول ها در اشکال مختلف توسط شرکت های مختلف جهت استفاده های خاص تولید می شود.
مدول های صفحه ای نمونه های مختلفی دارند :
1- مدول صفحه ای دیسکی :
در این مدول در فاصله ی بین غشای فوتوکاتالیستیهای دیسکی شکلی که بکار برده شده است از فضا دهنده ی پلاستیکی جهت جلوگیری از چسبیدن سطع فعال غشای فوتوکاتالیستیءها و هچنین ایجاد جریان درهم و آشفته در جریان خوراک در روی سطح فعال غشای فوتوکاتالیستیء جهت افزایش سرعت انتقال جرم استفاده می شود. سطح فعال غشای فوتوکاتالیستی سطحی ست که عمل جداسازی را انجام می دهد و عمل انتقال جرم در فرآیندهای جداسازی توسط غشای فوتوکاتالیستی نقش اصلی را ایفاد می کند و هر چه سرعت انتقال جرم بالاتر باشد جداسازی در حجم بیشتر و با راندمان بالاتری صورت می گیرد [12].

تحقیقات و بررسی ها در سال های اخیر نشان می دهد که شکل و زوایای موجود در فضادهنده ها تاثیر به سزایی در افزایش سرعت انتقال جرم و افزایش راندمان فرآیندهای غشای فوتوکاتالیستییی داشته است. از این مدول ها بیشتر در اشل آزمایشگاهی و نیمه صنعتی استفاده می شود.
3-3- انواع روشهای قرار گیری فوتوکاتالیست در غشا
به طور کلی فوتوکاتالیست یا همان نانوذرات به سه صورت درون غشا قرار میگیرد.
در روش اول نانوذرات معمولا به صورت فیزیکی یا شیمیایی روی غشا قرار میگیرند برای این هدف ساختار غشا باید دارای نقاطی پذیرنده برای قرار گیری ملکولهای فوتوکاتالیست باشد معمولا در این روشها ابتدا غشای مورد نظر ساخته می شود و در پایان فوتوکاتالیست به صورت مجزا طی یک فرایند سنتزی دیگر روی غشا جایگذاری می شود[13].

شکل 3 شمایی از فوتو کاتالیست درون غشا

در روش دوم به مانند روش اول با این تفاوت که فوتوکاتالیست درون غشا قرار میگیرد به این صورت که ملکول پذیرنده در بطن غشا قرار دارد

شکل 4 فوتوکاتالیست درون غشا
در روش سوم فوتوکاتالیست به صورت معلق در محلول غشا قرار میگیرد این روش ساده ترین روش ساخت فوتوکاتالیست می باشد[14].
5-کاربرد فرآیندهای غشای فوتوکاتالیستیی فوتوکاتالیستی

تکنولوژی جداسازی توسط غشای فوتوکاتالیستیها بعلت مزایای ذکر شده در حال حاضر کاربردهای قابل ملاحظه ای در صنایع یافته است که مهترین کاربردهای این نوع غشای فوتوکاتالیستیها را بیان میکنیم.
-حذف مواد جامد سوسپانسیونی و باکتری ها
پیش تصفیه
حذف روغن ها
بازیابی امولسیون های قابل استفاده در فلزکاری
تصفیه محلول های سرد و اسید برای استفاده دوباره در سیستم های تمیز کننده
-تغلیظ آب پنیر
-شفاف سازی آب میوه ها و نوشیدنی ها
بازیابی آب های مورد استفاده در ضدعفونی کننده ها
بازیابی باکتری ها از توده های زنده ای غشای فوتوکاتالیستییی
6-مزایای کاربرد تکنولوژی غشای فوتوکاتالیستی

کاربرد تکنولوژی جداسازی توسط غشای فوتوکاتالیستیها نسبت به فرآیندها معمول و کلاسیک جداسازی دارای برتری های فراوانی می باشد. که در اینجا به عمده ترین آنها اشاره می کنیم [15]:
1- با توجه به عدمتغییر فاز در این روش ها مصرف انرزی به طور نسبی کم است.
2- مدول های غشای فوتوکاتالیستییی دارای حجم بسیار کمی هستند از این رو واحد جداسازی نیاز به فضای زیادی ندارد.
3- غشای فوتوکاتالیستیءها و محلول آنها را بر طبق نیاز می توان به اشکال و ابعاد گوناگون تولید کرد.
4- با توجه به اینکه ضخامت غشای فوتوکاتالیستیءها بسیار کم است(در حدود 100 میکرومتر) انتقال جرم در آنها با سرعت بالایی نسبت به سایر روش های جداسازی صورت می گیرد.
5- افت فشار و میزان اتلاف انرژی ناشی از آن در این واحد بسیار ناچیز است.
6- فرآیند جداسازی در این روش می تواند در دمای محیط انجام شود از این رو از آن می توان برای جداسازی مواد حساس به دما در صنایع غذایی ، دارویی و بیوتکنولوژی استفاده کرد.
7- برخی از جداسازی هایی که توسط این روش صورت می گیرند توسط هیچ یک از سایر روش های جداسازی امکان پذیر نیست.
8- در این روش نیاز به مصرف مواد شیمیایی ثانویه ( از جمله حلال ها ، افزودنی ها و …) به حداقل خود می رسد.
9- در مواردی که نیاز به انجام جداسازی در محلول های بسیار رقیق وجو دارد ، عملیات جداسازی توسط غشای فوتوکاتالیستیء بهترین راندمان را از خود نشان میدهد. فرآیندهای غشای فوتوکاتالیستیئی بسیار ساده تر از سایر فرآیندهای جداسازی است.
10- در اغلب موارد می توان فرآیند غشای فوتوکاتالیستی را با سایر فرآیندها ترکیب کرده و به راندمان بسیار بالایی دست یافت.
11- در مقیاس جهانی ، هزینه سرمایه گذاری برای واحدهایی که با غشای فوتوکاتالیستیء جداسازی را انجام می دهند نسبت به سایر واحدها بسیار کم است [16].
7-بحث و نتیجه گیری
به طور کلی استفاده از غشاهای فوتو کاتالیستی به توجه به پیشرفتهای اخیر در زمینه سنتز و ارتقا کاربردهای بسیاری هم پیدا کرده اند استفاده از فوتوکاتالیست ها مدت ها پیش وارد عرصه علم شده است اما به مرور زمان روشهای متعددی برای نحوه ی به کارگیری این نانوذرات ابداع شد که از مهمترین این روشها میتوان به استفاده از غشاها اشاره کرد غشاها با توجه به تنوع زیاد و کاربرد فراوان به این عرصه نیز پا باز کردند و تنوانسته اند به خوبی در این زمینه مورد استفاده قرار گیرند مزایای روزافزن این روشها ورود این روشها به صنعت را تسهیل کرده است به طوریکه امروزه به طور وسیعی از این فوتوکاتالیستهای غشایی برای مصارفی همچون تخریب دارو و تصفیه اب استفاده می شود.

مراجع:

[1] S. Mozia, Photocatalytic membrane reactors (PMRs) in water and wastewater treatment. A review, Sep. Purif. Technol. 73 (2010) 71-91.
[2] M.N. Chong, B. Jin, C.W.K. Chow, C. Saint, Recent developments in photocatalytic water treatment technology: a review, Water Res. 44 (2010) 2997-3027.
[3] U.I. Gaya, A.H. Abdullah, Heterogeneous photocatalytic degradation of organic contaminants over titanium dioxide: a review of fundamentals, progress and problems, J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev. 9 (2008) 1-12.
[4] R. Thiruvenkatachari, S. Vigneswaran, I.S. Moon, A review on UV/TiO 2 photocatalytic oxidation process (Journal Review), Korean J. Chem. Eng. 25 (2008) 64-72.
[5] M.M. Pendergast, E.M. V Hoek, A review of water treatment membrane nanotechnologies, Energy Environ. Sci. 4 (2011) 1946-1971.
[6] S. Leong, A. Razmjou, K. Wang, K. Hapgood, X. Zhang, H. Wang, TiO 2 based photocatalytic membranes: a review, J. Memb. Sci. 472 (2014) 167-184.
[7] H. Choi, E. Stathatos, D.D. Dionysiou, Photocatalytic TiO2 films and membranes for the development of efficient wastewater treatment and reuse systems, Desalination. 202 (2007) 199-206.
[8] I. Oller, S. Malato, Ja. Sánchez-Pérez, Combination of advanced oxidation processes and biological treatments for wastewater decontamination-a review, Sci. Total Environ. 409 (2011) 4141-4166.
[9] J.H. Pan, X. Zhang, A.J. Du, D.D. Sun, J.O. Leckie, Self-etching reconstruction of hierarchically mesoporous F-TiO2 hollow microspherical photocatalyst for concurrent membrane water purifications, J. Am. Chem. Soc. 130 (2008) 11256-11257.
[10] R. Molinari, P. Argurio, C. Lavorato, Review on reduction and partial oxidation of organics in photocatalytic (membrane) reactors, Curr. Org. Chem. 17 (2013) 2516-2537.
[11] T.K. Tseng, Y.S. Lin, Y.J. Chen, H. Chu, A review of photocatalysts prepared by sol-gel method for VOCs removal, Int. J. Mol. Sci. 11 (2010) 2336-2361.
[12] M. Padaki, R.S. Murali, M.S. Abdullah, N. Misdan, A. Moslehyani, M.A. Kassim, N. Hilal, A.F. Ismail, Membrane technology enhancement in oil-water separation. A review, Desalination. 357 (2015) 197-207.
[13] S. Ahmed, M.G. Rasul, W.N. Martens, R. Brown, M.A. Hashib, Advances in heterogeneous photocatalytic degradation of phenols and dyes in wastewater: a review, Water, Air, Soil Pollut. 215 (2011) 3-29.
[14] H. Zhang, X. Quan, S. Chen, H. Zhao, Y. Zhao, Fabrication of photocatalytic membrane and evaluation its efficiency in removal of organic pollutants from water, Sep. Purif. Technol. 50 (2006) 147-155.
[15] G. Chester, M. Anderson, H. Read, S. Esplugas, A jacketed annular membrane photocatalytic reactor for wastewater treatment: degradation of formic acid and atrazine, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 71 (1993) 291-297.
[16] C. McCullagh, N. Skillen, M. Adams, P.K.J. Robertson, Photocatalytic reactors for environmental remediation: a review, J. Chem. Technol. Biotechnol. 86 (2011) 1002-1017.

1