تدعم أكسيد الألومنيوم الصيني التي تم التحقق من صحتها من خلال الأبحاث الأكاديمية الدولية｜تم اعتماد ركائز السيراميك المسامية من أكسيد الألومنيوم من شركة لينيونغغانغ هايبرن التكنولوجية في بحث نُشر في مجلة «ميمبرينز» الصادرة عن دار النشر إم دي بي آي

فريق بحثي من جامعة الملك فهد للبترول والمعادن طوَّر أغشية مركبة لفصل الزيت عن الماء باستخدام السيراميك المسامي للألومنيوم من شركة هايبرن ونشر النتائج ذات الصلة

في الآونة الأخيرة، نشرت المجلة المحكَّمة محليًّا «Membranes» (2022، العدد 12، الصفحة 394، الرقم التعريفي: 10.3390/membranes12040394) ورقة بحثية بعنوان «نهجٌ بسيطٌ لتصنيع أغشية سيراميكية مركبة مُزَيَّنة بالكربون المشتق من الكاربايد المُعالَج وظيفيًّا لمعالجة مياه الصرف الزيتية»، وقد قدَّمها فريق بحثي من المركز البحثي متعدد التخصصات لأغشية المياه والأمن المائي في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن في المملكة العربية السعودية. ويوضِّح قسم «المواد والطرق» في الورقة أن جميع الدعامات المسامية من الألومنيوم المستخدمة في الاختبارات التجريبية اشتُريَت من شركة ليان يونغانغ هايبرن لتكنولوجيا المواد المحدودة في ليان يونغانغ بالصين.

١. المواصفات الأساسية للركيزة المذكورة في المخطوطة الأصلية (مستخلصة من القسم ٢.١ المواد)

اتّبعت جميع عيّنات الأغشية المُصنَّعة في هذه الدراسة بشكل متجانس قواعد من السيراميك الألوميني المُسامَّة التي زوّدت بها شركة هايبرن تكنولوجي، وبمعلّمات ثابتة: نسبة المسامية المفتوحة ٤٥٪، وحجم المسام الاسمي ٠٫٥ ميكرون. وشكّلت قاعدة الألومينا الهيكل العظمي الصلب الكامن للأغشية المركبة. وعلى أساس هذا الدعم السيراميكي، أنجز فريق البحث مجموعة كاملة من إجراءات التعديل، بما في ذلك تحميل كربون مشتق من الكاربايد المُعدَّل بـ APTES (APTES@CDC)، وتشرب الببيرازين، والبلمرة الواجهية مع كلوريد التريفثالويل (TPC). وتمّ تركيب ثلاث مجموعات من الأغشية السيراميكية المركبة المُختلفة، وهي M-50 وM-100 وM-200، لاختبار فصل مستحلبات النفط في الماء (O/W) المستقرّة بال_SURFACTANTS_.

٢. النظام التجريبي الكامل المدعوم بقواعد الألومينا (جميع البيانات مقتبسة من نتائج الاختبارات الأصلية)

أُجريَت مجموعة كاملة من اختبارات توصيف المواد واستقرار الترشيح على المدى الطويل بالاعتماد على دعائم الألومينا الخاصة بشركة هايبرن، وجميع البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها كانت مبنيةً على هذا الركيزة الخزفية المحلية:

التحقق من التوافق مع عمليات تعديل الغشاء

أكَّدت تقنيات التوصيف المتعددة، ومنها ميكروسكوبية الإلكترون الماسحة (SEM)، وتحليل الطاقة المشتتة لأشعة إكس (EDX) مع رسم الخرائط العنصرية، وحيود أشعة إكس (XRD)، والспектروسكوبية بالانعكاس الكلي المُخفَّض لتحويل فورييه (ATR-FTIR)، أنَّ قواعد الألومينا من شركة Highborn تستطيع تثبيت جسيمات CDC بشكلٍ محكمٍ ومتجانسٍ على سطحها بالكامل. وتوزَّعت مجموعات الوظائف الحاملة للكربون (C) والنيتروجين (N) والسيليكون (Si) بشكلٍ متجانسٍ على سطح القاعدة. وبقي نطاق امتصاص الرابطة المميَّزة Al-O سليمًا دون تغيُّر، ما يثبت أنَّ الدعم السيراميكي قادرٌ على تحمل سلسلة كاملة من المعالجات الكيميائية والحرارية، ومنها التشتُّت في الإيثانول، والتعديل عند درجة حرارة ثابتة تبلغ ٥٠ °مئوية، والتصلُّب عند ٦٠ °مئوية، والشطف بمذيب الهكسان الطبيعي. ولم تحدث أي تفاعلات جانبية بين قاعدة الألومينا والmodifiers العضوية مثل APTES والبايبرازين وTPC، ما يلغي تلوُّث القاعدة الذي قد يؤثِّر في دقة البيانات التجريبية.

الاستقرار الهيكلي في ظل ظروف الضغط عبر الغشاء

إن خلية الترشيح المغلقة المستخدمة في جميع اختبارات الترشيح تعمل عند أقصى ضغط عبر الغشاء البالغ ١,٥ بار. ولم يُلاحظ أي تشوه أو تشقق في ركائز الألومينا طوال عملية الاختبار، ما يدل على توافق مثالي مع إعدادات مختبر الترشيح المغلقة القياسية. وخلال اختبار التشغيل المستمر الطويل الذي استمر ٧٢٠ دقيقة، ثبتت الركيزة السيراميكية الطبقة الفعالة العلوية المركبة من البولي أميد وCDC بشكل مستقر دون تسرب أو انفصال للمواد الوظيفية.

مقاييس الأداء المنشورة لفصل الزيت عن الماء (البيانات الرسمية من المقالة العلمية)

حقق غشاء M-50 المحمل بـ ٥٠ ملغ من APTES@CDC تدفقًا نافذًا قدره ٧٦,٠٥ لتر/متر²/ساعة (LMH) عند تركيز زيت التغذية البالغ ٦٧,٥ جزءًا في المليون وضغط عبر الغشاء البالغ ١ بار؛

قدّم غشاء M-200 أعلى كفاءة لفصل الزيت تجاوزت ٩٩,٨٨٪؛

حافظ عينة النواة م-١٠٠ على أداء فصلٍ ثابتٍ خلال ترشيحٍ مستمرٍ مدته ٧٢٠ دقيقة، مع انخفاض طفيف فقط في تدفق النفاذ، وبقي معدل رفض الزيت مستقرًا عند ٩٩,٨٪؛

أكدت قياسات زاوية التلامس أن الغشاء المركب المُعدَّل يمتلك خصائص فائقة الهيدروفيلية في الهواء وفائقة الكارهية للزيوت تحت الماء، بينما عملت قاعدة الألومينا كمنصة داعمة مستقرة لتنظيم قابلية سطح الغشاء للتبلل.

ضمان تكرار النتائج التجريبية المتوازية

أُجريت اختبارات التباين في تركيز حمل مادة سي دي سي ذات التدرج واختبارات التغذية بتراكيز متغيرة (مستعلقات زيت-ماء بتركيزات ٦٧,٥ جزءًا في المليون و١٢٥ جزءًا في المليون و٢٥٠ جزءًا في المليون) باستخدام قواعد أكسيد الألومنيوم من شركة هايبرن المتطابقة تمامًا. ولاحظ وجود أنماط متسقة في بيانات توصيف المادة وأداء الترشيح عبر العينات المتوازية، ما يؤكد انتظام المسامية والمسطّحية السطحية بين دفعات منتجات السيراميك الألوميني لشركة هايبرن، وهي شرطٌ أساسيٌ بالغ الأهمية لتكرار الأبحاث المقارنة في المختبرات الأكاديمية.

٣. بيان هدف القيمة العلمية للبحث

تتناول هذه الورقة التحديات المرتبطة بمعالجة المياه الناتجة عن استغلال الحقول النفطية والمياه الزيتية المستقرة بالمواد السطحية. وبالمقارنة مع أغشية الترشيح الفائق البوليمرية وأنظمة الأغشية الخزفية الأخرى، تتمتع الأغشية المركبة القائمة على الألومينا بمزايا شاملة تشمل مقاومة حرارية وكيميائية ممتازة، وضغط تشغيل منخفض مطلوب، وكفاءة عالية في رفض الزيوت. وتوفّر دعائم الألومينا المسامية من شركة هايبرن، التي تمتلك نسبة مسامية تبلغ ٤٥٪ وحجم مسام يبلغ ٠٫٥ ميكرومتر، قواعد حاملة قياسية ومستقرة هيكليًّا لهذا الغشاء الخزفي الجديد المُزَيَّن بـ CDC، وتعمل كهيكل عظمي صلب لا غنى عنه للنظام الكامل لفصل الزيت عن الماء.

هذه الورقة الأكاديمية الرسمية، التي خضعت لمراجعة الأقران ونُشِرَت في المجلة الموثوقة «Membranes» الصادرة عن دار النشر MDPI، تُعَدّ الأدبيات البحثية العامة الرسمية التي تشير صراحةً إلى السيراميك الألوميني المُسامِ الذي زوَّدت به شركة ليان يونغ غانغ هايبرن للتكنولوجيا. وتؤكِّد هذه الورقة بشكل موضوعي على استقرار هيكل دعامات الألومينا المقدَّمة من شركة هايبرن، وعلى اتساقها بين الدفعات المختلفة، وعلى توافقها مع عمليات التعديل الكاملة في مراحل تصنيع أغشية البحث الأكاديمي، وفي عمليات الترشيح المستمر تحت الضغط، وفي إجراءات التوظيف الكيميائي المتعدد الخطوات. وفي المستقبل، ستواصل شركة هايبرن للتكنولوجيا توريد قواعد سيراميك ألومنيوم مسامية مخصصة، يمكن ضبط حجم مسامها (من ٠٫١ إلى ١٠ ميكرومتر) ونسبة المسامية المفتوحة فيها (من ٣٠٪ إلى ٥٥٪)، وفقاً لمتطلبات الأبحاث المخبرية المخصصة، لتوفير حلول محلية قياسية مستمرة لمشاريع بحوث فصل الأغشية التي تنفذها الجامعات ومعاهد الأبحاث في جميع أنحاء العالم.

ملف الشركة

تتخصص شركة لِيانْيُنْغْغَانغ هايبرن التكنولوجية المحدودة في البحث والتطوير والإنتاج الضخم لمكونات السيراميك المسامية المتقدمة، ومن بينها قواعد الألومينا المسامية وكربيد السيليكون والزركونيا. وتتوفر خدمات التخصيص التي تشمل ضبط حجم المسام (من ٠٫١ إلى ١٠ ميكرومتر) والمسامية المفتوحة (من ٣٠٪ إلى ٥٥٪). وتُستخدم منتجاتنا على نطاق واسع في سيناريوهات البحث المخبري وشبه الصناعي، مثل فصل النفط عن الماء، وتصنيع القواعد لعمليات الترشيح الفائق والترشيح النانوي، وحوامل المحفزات، وأغشية الفصل الغازي السيراميكية. وقد صُدّرت قواعد السيراميك الخاصة بنا إلى عدة دول، ووُظِفت مرارًا في أبحاث رسمية منشورة في مجلات دولية.

ملاحظة الامتثال

جميع أوصاف أداء الركيزة، والمعايير التجريبية، وبيانات الفصل المذكورة في هذه المقالة الإخبارية مستخلصةٌ تمامًا من الورقة البحثية الأصلية المنشورة عام ٢٠٢٢ في مجلة «ميمبرينز». ولا تتضمَّن المقالة أي ادِّعاءات مبالَغٍ فيها بشأن الأداء أو أي تعبيرات ذات طابع تأمُّلي مفرط؛ بل يمكن التحقُّق من جميع العبارات والرجوع إليها عبر المخطوطة الأكاديمية الأصلية.

تعليمات الحفاظ على اتساق المصطلحات العلمية الأصلية الواردة في المجلة

جميع المصطلحات التقنية المتخصِّصة في هذه المقالة الإخبارية تتبع بدقة التعبيرات المستخدمة في الورقة البحثية المعنونة: «نهجٌ بسيطٌ لتصنيع أغشية سيراميكية مركَّبة مزينة بالكربون المشتق من الكاربايد المُوظَّف وظيفيًّا لمعالجة مياه الصرف النفطي»، ومن بينها:

الكربون المشتق من الكاربايد (CDC)، ومركب APTES، والبيبيرازين، وكلوريد التيريفثالويل (TPC)، والبلمرة الواجهية، وخلية الترشيح المغلقة، والضغط العابر للغشاء، وتصرف النفاذ (لتر/متر مربع/ساعة)، ومستحلب النفط في الماء (O/W)، ومستحلب مستقر بواسطة المنظفات السطحية، وكفاءة الفصل، ومعدل رفض النفط، والتشغيل المستمر طويل الأمد، والميكروسكوب الإلكتروني الماسح (SEM)، ورسم الخرائط العنصرية باستخدام تقنية EDX، وحيود الأشعة السينية (XRD)، وتقنية الأشعة تحت الحمراء المُحوَّلة بالتحوّل فورييه مع انعكاس القاع الكامل (ATR-FTIR)، وفرط الهيدروفيلية، وفرط الكاره للزيوت تحت الماء، والمسامية المفتوحة، والحجم الاسمي للمسام، والمياه المنتجة، والأغشية البوليمرية لعملية الترشيح الفائق، والخواص الكيميائية والحرارية الخاملة