22208

ساخت غشاي لايه نازك (TFC) و بهبود آن براي فرآيند اسمز مستقيم با استفاده از نانو ذرات كربني

كارشناسي ارشد

فرايندهاي جداسازي

1399

1399/03/12

دكتر تورج محمدي

دكتر سليمان صاحبي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين مطالعه، غشاي كامپوزيتي لايه نازك (TFC) توسط نانو الياف كربني (CNFs) براي بهبود عملكرد اسمز مستقيم (FO) اصلاح شد. براي بهبود آبدوستي سطح و پراكندگي نانو الياف كربني در ماتريس پليمر، CNFها توسط گروه‌هاي كربوكسيلي عامل‌دار شدند. غلظت‌هاي وزني مختلف نانو الياف كربني كربوكسيله (0، 1/0، 3/0 و 5/0 درصد وزني) و غلظت 3/0 درصد وزني نانو الياف كربني خام به زيرلايه‌هاي پلي سولفوني (PSF) اضافه شد و سپس آبدوستي، تخلخل، زبري سطح و مورفولوژي زيرلايه‌هاي نانوكامپوزيتي ارزيابي شد. مشخص شد كه وجود نانو الياف كربني كربوكسيله در ماتريس پليمري به طور قابل توجهي خواص زيرلايه‌هاي غشايي را بهبود بخشيده و منجر به افزايش نفوذپذيري آب مي‌شود. براي ساخت غشاهاي TFC-FO از محلول‌هاي فنيلين دي‌آمين (MPD) در آب و تري مزوئيل كلرايد (TMC) در محلول هگزان جهت تشكيل لايه نازك پلي آميدي (PA) در بالاي زيرلايه‌هاي آماده‌شده استفاده شد. عملكرد FO غشاي TFC-FO با استفاده از آب مقطر به عنوان محلول خوراك و محلول يك مولار NaCl به عنوان محلول كشنده در هر دو جهت FO (لايه فعال در تماس با محلول خوراك) و PRO (لايه فعال در تماس با محلول كشنده) بررسي شد. استفاده از نانو الياف كربني كربوكسيله، پارامتر ساختاري (S) غشاهاي لايه نازك را كاهش داده و منجر به كاهش قطبيدگي غلظتي داخلي (ICP) مي‌شود و از اين طريق شار آب غشاهاي TFC-FO را بهبود مي‌بخشد. نتايج نشان مي‌دهد، غشاي TFC حاوي 3/0 درصد وزني از نانو الياف كربني كربوكسيله به عنوان غشاي بهينه بدست آمده است. شار آب FO اين غشا تقريباً 2 برابر غشاي TFC بدون نانو ذره در هر دو حالت بوده و شار نمك معكوس بهبود يافته است، شار آب LMH08/13 و شار نمك برگشتي ويژه معادل 24/0 گرم بر ليتر بدست آمد كه از محلول M NaCl 1 به عنوان محلول كشنده استفاده شد و از آب مقطر به عنوان محلول خوراك تحت FO استفاده شد. اين كار آزمايشگاهي بيان مي‌كند استفاده از مقدار مناسب نانو الياف كربني كربوكسيله در زيرلايه‌هاي PSF مي‌تواند باعث افزايش شار آب و گزينش‌گري غشاها و درنتيجه بهبود عملكرد غشاهاي TFC-FO در طي فرآيند FO ‌شود.

1399/04/24

Fabrication and modification of thin film composite (TFC) membrane by using carbon nanomaterials for forwad osmosis process

6/2/2021 12:00:00 AM

In this study, thin film composite (TFC) membranes were modified using carbon nanofibers (CNFs) for forward osmosis (FO) applications. Carboxyl functionalization of CNFs was performed to increase their surface hydrophilicity and dispersion in polysulfone (PSF) as the membrane substrate. Different concentrations of both carboxyl functionalized CNFs (f-CNFs) (0.1, 0.3, and 0.5 wt%,) and raw CNFs (0.3 wt%) were incorporated in the polymer matrix and hydrophilicity, porosity, surface roughness, tensile strength and morphology of the nanocomposite substrates were characterized. It was found that existence of the f-CNFs in the polymer matrix significantly improves the intrinsic transport properties of the membrane. The TFC-FO membranes were fabricated using trimesoyl chloride (TMC) and m-phenylenediamine (MPD) for polyamide (PA) layer formation on the substrate surface. The prepared TFC membranes were evaluated in both FO and PRO modes using DI water as feed solution (FS) and 1 M NaCl solution as draw solution (DS) for the FO performance assessment. The TFC membrane containing 0.3 wt% of the f-CNFs was achieved as the optimal membrane. The FO water flux of this membrane was almost 2 times higher than the neat TFC membrane in the both modes of operation. Water flux of 13.8 L m− 2 h− 1 and specific reverse solute flux of 0.24 g L− 1 were achieved when 1 M NaCl was used as draw solution (DS) and DI water was used as feed solution (FS) under the FO mode. Furthermore, incorporation of the f-CNFs decreased the structural parameter (S) of the TFC membranes leading to lower internal concentration polarization (ICP). From the results, it was concluded that the carboxyl functionalized CNFs (f-CNFs) is a suitable candidate for TFC-FO membranes modification to achieve high membrane performance.