21263

21263

ساخت غشاهاي مركب و نانومركب لايه نازك نانوفيلتراسيون بار مثبت بر پايه پلي اكريلونيتريل-نانومواد كربني به منظور استفاده در فرآيند نمك¬زدايي

كارشناسي ارشد

فرآيندهاي جداسازي

95-98

1398/04/31

دكتر تورج محمدي

دكتر مريم احمدزاده توفيقي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پژوهش، به منظور دستيابي به غشايي با تراوايي و گزينش¬گري بالا و خواص ضد¬گرفتگي، غشاي نانومركب لايه نازك نانوفيلتراسيون با بار سطحي مثبت ساخته شد و عملكرد آن در فرآيند نمك¬زدايي مورد ارزيابي قرار گرفت. در اين راستا ابتدا، پس از بهينه¬سازي شرايط ساخت، غشاهاي اولترافيلتراسيون پليمري خالص و ماتريس آميخته با پراكندن نانولوله¬هاي كربني چند ديواره عامل¬دار شده با اسيد (MWCNTs-COOH) و يا گرافن اكسايد (GO) در زمينه پليمر پلي¬اكريلونيتريل (PAN)، تهيه شدند. نتايج حاصل نشان داد كه ميزان تراوايي آب خالص و بازيابي شار آب براي غشاي ماتريس آميخته¬ي MWCNTs-COOH/PAN داراي ميزان بارگذاري بهينه نانولوله هاي كربني عامل دار شده (wt.% 6/0)، LMH/bar15/315 و 84/88 % مي¬باشد كه به ترتيب نشان¬دهنده¬ي بهبود 65% و 29% در مقايسه با غشاي خالص PAN است. همچنين در ميزان بارگذاري بهينه¬ي گرافن اكسايد (wt.% 5/1) براي غشاي ماتريس آميخته GO/PAN، ميزان تراوايي آب خالص و بازيابي شار آب، LMH/bar46/393 و 91% به دست آمد كه به ترتيب نشان¬دهنده¬ي 103% و 32% بهبود نسبت به مقادير متناظر در غشاي خالصPAN مي¬باشد. به منظور ساخت غشاي مركب لايه نازك، پارامترهاي مؤثر در فرآيند پوشش¬دهي سطح به وسيله پلي¬اتيلن ايمين پرشاخه (HPEI) بهينه شد. در شرايط بهينه¬ي به دست آمده، ابتدا سطح غشاهاي اولترافيلتراسيون خالص ساخته شده در مرحله قبل به مدت 40 دقيقه و در دماي °C 60 تحت فرآيند هيدروليز قرار گرفت و سپس به مدت 40 دقيقه با محلولي از HPEI به غلظت ppm 2000 و 10 pH=تماس داده شد و در نهايت اتصال عرضي با محلول آبي گلوترآلدهيد wt.% 5/0 به مدت 30 دقيقه در دماي °C 60 انجام شد. غشاي بهينه¬ي حاصل ميزان تراوايي آب خالص LMH/bar7 و پس¬زني نمك 6/88% براي محلول خوراك ppm 500 از MgCl2 را نشان داد. در انتها، غشاهاي نانو¬مركب لايه نازك به وسيله فرآيند پوشش¬دهي (بهينه شده در مرحله قبل) بر سطح غشاهاي ماتريس آميخته¬ي MWCNTs-COOH/PAN و GO/PAN بهينه¬سازي شده، ساخته شد. ميزان تراوايي و پس¬زني غشاي نانومركب لايه نازك نانوفيلتراسيون ساخته شده بر پايه¬ي MWCNTs-COOH/PAN، به ترتيب برابر با LMH/bar 7/9 و 90% به دست آمد. همچنين ميزان تراوايي و پس¬زني غشاي نانومركب لايه نازك نانوفيلتراسيون ساخته شده بر پايه¬ي GO/PAN، به ترتيب برابر با LMH/bar 48/11و 86% حاصل شد. بر اساس نتايج حاصل، در غشاهاي نانوفيلتراسيون حاوي MWCNTs-COOH و GO به عنوان پايه¬ي غشا، نسبت به غشاي نانوفيلتراسيون داراي پايه¬ي پليمري خالص، نه تنها ميزان تراوايي به ترتيب 38% و 64% بهبود داشته است، بلكه بر رابطه¬ي معكوس ميان تراوايي و پس¬زني نيز غلبه شده است. ترتيب پس¬زني نمك¬ها، به صورت Na2SO4 MgCl2>MgSO4> NaCl > است كه تأثير مهم بار سطح بر عملكرد غشاها را تأييد مي-كند.

1398/08/12

Preparation of positively charged thin film composite and nanocomposite membranes based on Polyacrylonitrile- carbon nanomaterials for desalination

11/3/2019 12:00:00 AM

In this study, a positively charged thin film nanocomposite nanofiltration membrane was fabricated and its performance was evaluated in desalination process to achieve a highly permeable and selective membrane with anti-fouling properties. To this purpose, preparation conditions were optimized and then pure polymer ultrafiltration membranes and mixed matrix were fabricated by incorporation of acid treated-multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs-COOH) or graphene oxide (GO) into polyacrylonitrile (PAN) matrix. Results showed that pure water permeation and water flux recovery for MWCNTs-COOH/ PAN membrane with optimal loading of functionalized carbon nanotubes (0.6 % w/w), were 315.15 LMH and 88/84%, that indicated an improvement of 65% and 29%, respectively, compared with the pure PAN membrane. Moreover, for GO /PAN matrix membrane, under the optimal loading of graphene oxide (1.5% wt), pure water permeation and water flux recovery were 393.46 LMH/bar and 91%, respectively, which indicated 103% and 32% improvement in comparison to the corresponding values of the pure PAN membrane, respectively. In the next step, effective parameters in surface coating by polyethylene amine were optimized to fabricate a thin film composite nanofiltration membrane. At obtained optimal conditions, first, the surface of the fabricated pure ultrafiltration membranes in previous step was contacted with a solution of polyethylene amine (concentration= 2000 ppm and pH=10) for 40 minutes, then cross-linked with a 0.5% glutaraldehyde aqueous solution for 30 minutes at 60 °C. For 500 ppm feed from MgCl2, the permeation of pure water and salt retention for optimum membrane obtained 7 LMH/bar and 88.6%, respectively. Thin film nanocomposite nanofiltration membranes were fabricated by coating (optimized in the previous step) on the surface of optimized MWCNTs-COOH/ PAN and GO/ PAN mixed matrix membranes. The permeability and rejection of the fabricated thin film nanocomposite nanofiltration membranes substrated on MWCNTs-COOH / PAN Was 9/7 LMH/ bar and 90%, respectively. Also, the permeability and rejection of the fabricated thin film nanocomposite nanofiltration membranes substrated on GO / PAN was 11.48 LMH/ bar and 86%, respectively. Considering the results, in nanofiltration membranes containing MWCNTs-COOH and GO as membrane substrate, compared to pure polymeric substrated nanofiltration membranes, not only the permeability was improved by 38% and 64%, respectively, but also the inverse relationship between permeability and rejection was overcome. Regarding salts rejection, membranes follow the order R (MgCl2)>R (MgSO4)>R (NaCl)>R (Na2SO4) which confirms positively charge nature of the membranes, that indicating domination of Donnan exclusion mechanism.