اختصاصی بسپار/ تحولی در صنعت پلیمر: ساخت غشاهای پیشرفته از پسماندهای پلاستیکی
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر در پی بحران جهانی پسماندهای پلاستیکی، صنعت بسپار شاهد نوآوری‌های چشمگیری در استفاده از پسماند برای ساخت غشاهای پیشرفته (High-Performance Membranes) شده است. مهندسان توانسته‌اند پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)، پلی‌وینیل کلراید (PVC) و پلی‌استایرن (PS) بازیافتی را به غشاهای پیشرفته‌ای تبدیل کنند که کاربردهای گسترده‌ای در تصفیه آب، نمک‌زدایی (Desalination) و جداسازی نفت از آب دارند. این دستاورد نه‌تنها پاسخگوی نیاز روزافزون به فناوری‌های صافی پیشرفته است، بلکه راهکاری زیست‌پایدار (Sustainability) برای مدیریت پسماندهای پلاستیکی ارائه می‌دهد.
خواص مواد برای ساخت غشا
پسماندهای پلاستیکی PET، PVC و PS هر یک ویژگی‌هایی دارند که آن‌ها را به گزینه‌های مناسبی برای ساخت غشا تبدیل کرده است. PET دارای استحکام مکانیکی بالا، مقاومت شیمیایی و پایداری گرمایی است که آن را برای کاربردهایی مانند Ultrafiltration و Nanofiltration ایده‌آل می‌سازد. PVC در کنار انعطاف‌پذیری و مقاومت شیمیایی، دوام بالایی دارد، به‌ویژه وقتی که به آن مواد نرم‌کننده افزوده شود. در مقابل، PS با ویژگی‌هایی چون سختی بالا، ترانمایی (Transparency) و فرایندپذیری آسان، برای حذف ریزآلاینده‌ها در غشاهای تصفیه مناسب است.
با این حال، ماهیت آب‌گریز این پلاستیک‌ها چالش‌هایی را در کاربردهای مرتبط با آب ایجاد می‌کند. برای غلبه بر این مشکل، مهندسان سطح پلاستیک‌ها را اصلاح می‌کنند تا شار آب و مقاومت در برابر آلودگی را افزایش دهند.
روش‌های ساخت غشا از پسماندهای پلاستیکی
وارونگی فازی (Phase Inversion)
یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای ساخت غشای بسپاری از پسماند پلاستیک، وارونگی فازی است. این فرایند شامل حل‌کردن پلاستیک در یک حلال مناسب، ریختن محلول روی یک سطح و سپس رسوب‌دهی در یک حمام ضدحلال است. برای PET، حلال‌هایی چون فنول، تری‌فلوئورواستیک اسید (TFA) و دی‌کلرومتان (DCM) کاربرد دارند. افزودن پلی‌اتیلن گلایکول (PEG) باعث افزایش شار آب و استحکام مکانیکی می‌شود. PVC به خوبی در دی‌متیل‌فرمامید (DMF) یا دی‌متیل‌استامید (DMAc) حل می‌شود و افزودن صمغ عربی می‌تواند آب‌دوستی آن را افزایش دهد. برای PS، افزودن نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره با گروه‌های هیدروکسیل‌دار، توان جذب آلاینده‌های آلی را بالا میبرد.
نوع ضدحلال نقش مهمی در تعیین ساختار نهایی غشا دارد. استفاده از متانول به جای آب می‌تواند به غشاهایی با حفره‌های بزرگ‌تر و تخلخل بیشتر منجر شود که در کاربردهایی با نیاز به شار بالا مفید است.
الکتروریسی (Electrospinning)
روش دیگر، الکتروریسی است که به کمک ولتاژ بالا، الیاف نانویی از محلول بسپار تولید می‌کند. این غشاها دارای سطح ویژه بالا و تخلخل زیاد هستند که آن‌ها را برای کاربردهای صافی ایده‌آل می‌سازد.
بطری‌های بازیافتی PET می‌توانند با استفاده از این روش به غشاهای نانوالیافی برای نمک‌زدایی و جداسازی نفت از آب تبدیل شوند. این فرایند معمولا شامل حل کردن PET در TFA یا DCM و سپس تنظیم پارامترهایی چون ولتاژ، دبی و فاصله جمع‌کننده است. عملیات پسافراورش مانند پرس گرم در دمای ۱۰۰ تا ۱۶۰ درجه سلسیوس مقاومت مکانیکی غشا را افزایش می‌دهد. هم‌چنین فلورینه‌کردن سطح می‌تواند خاصیت چربی‌گریزی غشا را بهبود بخشد.
بررسی‌ها نشان داده‌اند که این غشاها نرخ دفع نمک تا ۹۹.۹ درصد و نرخ نفوذ ۱۱ تا ۲۳ لیتر بر مترمربع در ساعت را ارائه می‌دهند.
کاربردهای صنعتی و کارکرد واقعی
غشاهای PET برای نمک‌زدایی: PET بازیافتی با الکتروریسی به غشاهای نانوالیافی تبدیل می‌گردد. این غشاها پس از پرس گرم و فلورینه‌سازی، می‌توانند نرخ دفع نمک ۹۹.۹ درصد و نرخ نفوذ پایدار ۲۳–۱۱ L/m²·h را فراهم کنند.
غشاهای PVC برای تصفیه پساب: PVC بازیافتی با DMF حل شده و با صمغ عربی ترکیب می‌شود. غشاهای حاصل شار آبی تا ۹۸ L/m²·h و نرخ دفع اسید هیومیک ۹۶ درصد را نشان می‌دهند.
غشاهای PS برای حذف ریزآلاینده‌ها: غشاهای ساخته‌شده از PS می‌توانند ترکیبات فنولی را با کارایی حدود ۴۰ درصد از آب رودخانه حذف کنند.
چشم‌انداز پیش رو
در مسیر زیست‌پایداری، توسعه‌ی حلال‌های سبز نقش کلیدی در کاهش اثرات زیست‌محیطی خواهد داشت. هم‌چنین افزودنی‌های پیشرفته می‌توانند عملکرد غشاها را بهبود دهند و دامنه‌ی کاربردهای آن‌ها را گسترش دهند. از سوی دیگر، مقیاس‌پذیری این فناوری‌ها در کنار حفظ کارایی و صرفه اقتصادی برای تجاری‌سازی ضروری است.
بررسی چرخه‌ی عمر این غشاها نیز می‌تواند راهنمای مهمی برای انتخاب مواد و فرایندهای پایدارتر در آینده باشد. برای مهندسان بسپار، این حوزه فرصتی طلایی برای پیشگامی در مهندسی سبز و پاسخ به چالش‌های محیط‌زیستی دنیای امروز فراهم می‌آورد.
