22893

بررسي عملكرد غشاي پلي اترسولفون در بيوراكتور غشايي

كارشناسي ارشد

طراحي فرايند

1396

1399/6/11

دكتر تورج محمدي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

از روش¬هاي مؤثر براي افزايش آب¬دوستي غشاهاي پليمري و كاهش گرفتگي آن¬ها، افزودن ذرات در ماتريس غشاي پليمري است. از ميان ذرات متعددي كه در ساخت غشاهاي پليمري ماتريس آميخته استفاده مي¬شوند، MIL-101 به دليل خواص شيميايي و فيزيكي خاص از اهميت ويژه¬اي برخوردار است. در اين پژوهش، غشاهاي پليمري با استفاده از پليمر پلي¬اترسولفون (PES) و حلال دي¬متيل¬استاميد (DMAC) به روش وارونگي فاز ساخته شد و اثر ذرات MIL-101 در غلظت¬هاي مختلف بر ساختار و رفتار گرفتگي غشاها در بيوراكتور غشايي (MBR) بررسي شد. جهت تعيين مشخصات ساختاري و سطحي غشاها، تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني گسيل ميداني ((FESEM، پراش انرژي پرتوايكس (EDX)، ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، طيف-سنجي مادون¬قرمز (FTIR)، اندازه¬گيري زاويه تماس، اندازه¬گيري شار آب خالص، تخلخل، ميزان پس¬زني پروتئين ، حذف اكسيژن خواهي شيميايي (COD) و خاصيت ضد گرفتگي استفاده شد. طيف FTIR از ذرات MIL-101 نشان داد كه گروه عاملي آب¬دوست هيدروكسيل در سطح MIL-101 ايجاد شده است. حضور اين گروه¬ آب¬دوست در سطح MIL-101 منجر به آب¬دوستي بيشتر غشاهاي ماتريس آميخته شد. بنابراين، MMMs در مقايسه با غشاي PES خالص، ميزان شار آب (PWF) بالاتري را نشان دادند. تصاوير FESEM نشان داد، افزودن ذرات MIL-101 باعث تشكيل حفرات بزرگ¬تر و ساختار منظم¬تري نسبت به غشاي خالص مي¬شود. وجود ذرات در ساختار غشاها با آناليز EDX تأييد شد. مقاومت گرفتگي غشاها با استفاده از فيلتراسيون لجن فعال مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه MMM با 4/0 درصد وزني MIL-101 داراي بهترين خاصيت ضد گرفتگي، بالاترين حذف پروتئين (99 درصد) و ميزان PWF و كم¬ترين ميزان زبري است. غشاي بهينه در بيوراكتور به ¬منظور بررسي تأثير غلظت¬هاي مختلف توده-زيستي (MLSS) 8000، 10000 و (mg/l) 12000 بر شار عبوري از غشا، مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج حاكي از آن بود كه با افزايش ميزان MLSS، شار كاهش، ويسكوزيته و گرفتگي افزايش مي¬يابد.

1399/09/15

Performance evaluation of polyethersulfone membrane in membrane bioreactor

9/2/2021 12:00:00 AM

One of the effective methods for increasing the hydrophilicity of polymeric membranes and reducing its fouling is the addition of particles into the matrix of polymeric membrane. Among the many particles that is used for the preparation of mixed matrix membranes (MMM), MIL-101, due to its special chemical and physical properties, is of particular importance. In this study, polymeric membranes were prepared by polyethersulfone (PES) polymer and dimethylacetamide (DMAC) with phase inversion method and the effect of MIL-101 particles with different concentrations on the morphological and fouling behavior of MMM was investigated in the membrane bioreactor (MBR). To determine the structural and surface characteristics of membranes, field emission scanning electron microscope (FESEM), energy dispersive X-ray (EDX), atomic force microscopy (AFM), Fourier transform infrared spectrometer (FTIR), contact angle measurement, pure water flux (PWF) and porosity, protein rejection, chemical oxygen demand (COD), and anti-fouling properties were used. The FTIR spectrum of MIL-101 particles showed that hydroxyl hydrophilic functional group was formed on the surface of MIL-101. The presence of this hydrophilic group on the surface of MIL-101 resulted in more hydrophilicity of the MMM. Therefore, the MMM showed higher PWF than the pure PES membrane. The FESEM images displayed that addition of MIL-101 particle led to the formation of larger pores and more orderly structure than the pure membrane. The presence of particles in the membrane structures was confirmed by EDX analysis. The membrane fouling resistances was evaluated by activated sludge filtration. The results showed that the MMM with 0.4 wt% of MIL-101 had the best anti-fouling characteristic, the highest protein rejection ratio (99%), and PWF and the lowest roughness. The optimal membrane was used in the MBR to investigate the effect of different mixed liqour suspended solids (MLSS) concentration of 8000, 10000 and 12000 mg/l on the flux of the membrane. The results showed that with increasing of MLSS concentration, membrane flux was decreased, the viscosity and the fouling were increased.