بهينه سازي توليد نانو الياف كامپوزيتي پلي وينيل الكل/ نانو بنتونيت با هدف بهبود خواص مكانيكي و حرارتي

Optimization of PVA/Nano-Bentonite Nanofiber Composite Production for Improving Mechanical and Thermal Properties

توليد الياف در مقياس نانومتري (نانوالياف) سطح تماس بسيار زيادي را ايجاد مي كند و موجب بهبود خواص آن ها نسبت به الياف معمول مي شود. الكتروريسي يك روش نسبتا ساده و موثر براي سنتز نانوالياف با قطرهاي مختلف است. با تغيير عوامل تاثيرگذار بر فرايند الكتروريسي شامل متغيرهاي محيطي، دستگاهي و محلول، مي توان اليافي با مورفولوژي مختلف توليد كرد. پلي وينيل الكل (PVA) به دليل پايداري حرارتي بالا، زيست سازگاري، غير سمي بودن و حلاليت در آب مورد توجه واقع شده است. افزودن بنتونيت به PVA باعث بهبود خواص آن مي شود. در اين پژوهش براي تهيه غشاء نانوالياف PVA و نانوبنتونيت، مقادير بهينه سه متغير موثر بر فرايند شامل ولتاژ، نرخ تغذيه و غلظت بنتونيت بر اساس موفولوژي و خواص مكانيكي نانوالياف تعيين شد. نتايج نشان داد كه در شرايط ولتاژ kV 11، نرخ تغذيه mL/h 0/5 و غلظت بنتونيت w/w 3% اليافي با مناسب ترين موفولوژي و بيشترين استحكام بدست مي آيد. در اين شرايط نانوالياف توليدي قطري برابر 243 نانومتر با انحراف معيار 0/0551 و تحمل كشش MPa 7/64را دارند. نتايج اين مطالعه نشان داد كه افزودن مقدار كمي بتنونيت به PVA باعث استحكام بيشتر نانوالياف توليدي مي شود. در اثر افزودن بنتونيت قطر نانوالياف از 308 به 243 نانومتر كاهش مي يابد. بنابراين نانوالياف كامپوزيتي PVA/نانوبنتونيت توليد شده يك غشا مناسب براي تصفيه آب است.

Fiber production in nanoscale prepares high surface contact for fibers and leads to the improvement of their properties with respect to other fibers. A convenient and effective method for nanofiber production with different diameters is electrospinning. Various effective parameters on electrospinning processes, including environmental, equipment, and solution variables can produce fibers with different morphologies. PVA has been used in various fields of applied research because of its high thermal stability, biocompatibility, non-toxic and solubility in water. The published reports indicated that properties of the PVA are improved with the addition of bentonite. In this research, to prepare PVA/nano-bentonite nanofiber membrane, the optimum amounts of three effective variables on the above-mentioned processes were determined. According to the obtained results, the voltage of 11 kV, the feeding rate of 0.5 mL/h and bentonite concentration of 3% w/w were optimum conditions for the process of PVA/nano-bentonite nanofiber composite production. In this condition, the average diameter of produced nanofibers was 243 nm with the standard deviation of 0.0551 and the tensile strength of 7.64 MPa. The results showed that the addition of bentonite to PVA increase intensity of nanofibers and decrease the diameter of nanofibers from 308 nm to 243nm.Therfore, the produced PVA/bentonite nanofiber composite is a good membrane for water treatment.