22042

22042

استفاده از پلي‌‌دوپامين براي افزايش آبدوستي غشاي پلي‌اترسولفون به منظور جداسازي روغن از آب

دكتري تخصصي

مهندسي شيمي

1398/11/28

دكتر تورج محمدي

دكتر مهتدا صدرزاده - دكتر بارت ون در بروگن

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پژوهش استفاده از دوپامين (DA) براي اصلاح سطحي غشاي پلي‌اترسولوفن (PES) با هدف رسيدن به سطحي با خاصيت آب‌دوستي زياد، روغن‌گريز زير آب و مقاوم در برابر گرفتگي براي جداسازي روغن از آب با استفاده از فرايند اولترافيلتراسيون (UF) مورد بررسي قرار گرفته است. ابتدا تاثير زمان خود-پليمريزاسيون DA به مدت 2 و h 4 مورد پژوهش قرار گرفت. در اين رابطه روش¬هاي آناليز دستگاهي شامل FTIR، FESEM، EDX، AFM زاويه تماس قطره آب، زاويه تماس قطره روغن زير آب و همچنين آزمون¬هاي فيلتراسيون امولسيون روغن سويا در آب مورد بررسي قرار گرفتند. بعد از پوشش‌دهي با پلي‌دوپامين (PDA)، توزيع اندازه حفرات به سمت حفرات كوچك‌تر متمايل شد و سبب تغيير مكانيزم از گرفتگي استاندارد به گرفتگي تشكيل كيك گرديد. افزودن گروه¬هاي آب‌دوست روي سطح غشا و افزايش زبري سبب افزايش خاصيت آب‌دوستي و روغن¬گريزي زير آب غشاي پوشش داده شده با PDA شد كه باعث ايجاد خاصيت ضدگرفتگي در آن‌ها گرديد به‌طوري‌كه ميزان FRR، Rt، Rir و Rr غشاي اصلاح شده به مدت 2 و h 4 به ترتيب 96/50 %، 41/89 %، 04/49 % و 37/40 % و 76/56 %، 29/62 %، 24/43 % و 05/19 % به دست آمد در حالي‌كه ميزان FRR، Rt، Rir و Rr مربوط به غشاي پايه به ترتيب 77/1 %، 38/98 %، 23/98 % و 14/0 % بود. ميزان شار غشاي اصلاح شده به مدت 2 و h 4 به ترتيب 223 % و 793 % نسبت به شار غشاي پايه PES افزايش داشت. ميزان پس‌زني اين دو غشا نيز به ترتيب 87/98 % و 12/99 % به دست آمد كه بيش‌تر از پس‌زني غشاي پايه PES (05/98%) بود. در ادامه، نانولوله هاي كربني چند ديواره آمينه شده (N-MWCNTs) براي اصلاح غشاي پوشش داده شده استفاده شدند. اين اصلاح نيز باعث كاهش اندازه حفرات غشا به nm 77/12 شد. ميزان FRR، Rt، Rir و Rr مربوط به اين غشا به ترتيب 73/95 %، 35/ 22 %، 27/4 % و 08/18 % به دست آمد. نتايج فرايند فيلتراسيون روغن از آب نشان دهنده افزايش 1086% شار آب نسبت به غشاي پايه PES بود. تاثير چهار پارامتر مهم شامل غلظت اوليه روغن، غلظت نمك، فشار و زمان خود-پليمريزاسيون DA بر شار آب پايا مطالعه و مورد بررسي قرار گرفت. بيشينه پاسخ در غلظت اوليه ppm 100روغن، غلظت اوليه ppm 2000 نمك، فشار bar 2 و مدت زمان خود-پليمريزاسيون h 4 به دست آمد. همچنين نتايج فيلتراسيون طولاني مدت با سامانه جريان متقاطع در دو مرحله (h 16) نشان داد شار به دست آمده از L/m2.h 115 (مقدار اوليه) به ترتيب به 87 و L/m2.h 83 در پايان جداسازي مراحل اول و دوم مي¬رسد.

1399/03/24

Utilization of polydopamine for hydrophilicity enhancement of polyethersulfone membrane for oil/water separation

2/16/2021 12:00:00 AM

The core of this research is dopamine utilization for surface modification of PES membrane to obtain high hydrophilic and underwater oleophobic surface including with antifouling properties for ultrafiltration of oil-in-water emulsion. First, the effects of self-polymerization time of dopamine were evaluated. In this regard, characterization analysis including FTIR, FESEM, EDX, AFM, water contact angle and underwater oil contact angle and also soybean oil-in-water emulsion filtration were evaluated. Due to the polydopamine surface modification, the pore size distribution was shifted to the smaller pores leading to change of fouling mechanism from standard blockage model to cake filtration model. Roughness increment and introducing hydrophilic groups improved hydrophilicity of the membranes with the polydopamine layer so that the modified membranes showed the enhanced antifouling properties. The values of FRR, Rt, Rir and Rr of the PES/PDA 2 ha and PES/PDA-4 h membranes were 50.96%, 89.41%, 49.04% and 40.37% and 56.76%, 62.29%, 43.24% and 19.05%, respectively, while the corresponding values of the unmodified PES membrane were 1.77%, 98.38%, 98.23% and 0.14%. In comparison to the unmodified PES membrane, the PDA coated membranes with 2 and 4 h self-polymerization time showed 223% and 793% water flux increment, respectively, during oil-in-water emulsion filtration. Also, the oil rejection of the PDA coated membranes were 98.87% and 99.12%, which were more than that of the unmodified PES membrane (98.05%). In the next step, amine-modified MWCNTs were utilized for surface modification of the PDA coated PES membranes. After this modification, the average pore diameter was reduced to 12.77 nm. The FRR, Rt, Rir and Rr values of the PES/PDA/N-MWCNTs-0.05 membrane were 95.73%, 22.35%, 4.27% and 18.08%, respectively. The obtained results of the oil-in-water emulsion filtration showed 1086% improvement compared to the unmodified PES membrane. Also, feed and operational condition effects were also studied. Maximum responses were obtained at 100 ppm initial oil concentration, 2000 ppm salinity, 2 bar trans-membrane pressure and 4 h self-polymerization time. The long-term behavior of the PES/PDA/N-MWCNTs-0.05 membrane was monitored via filtration of the soybean oil-in-water emulsion in two cycles within 16 h. During the first cycle, the permeate flux was decreased from about 115 to 87 L/m2.h.bar. The obtained flux at the end of the second cycle was about 83 L/m2.h.bar which was almost close to that obtained at the end of the first cycle.