22305

ساخت و بررسي غشاي لايه نازك اسمز مستقيم اصلاح شده با نانوذرات كربني ساخته شده از زغال چوب

كارشناسي ارشد

فرايندهاي جداسازي

99/3/11

دكتر تورج محمدي

دكتر سليمان صاحبي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پژوهش، غشاي لايه نازك مركب (TFC) با استفاده از نانومواد كربني ساخته شده از زغال چوب (CNM)، به منظور استفاده در فرآيند اسمز مستقيم (FO) اصلاح شد. براي اين منظور، مقادير مختلف CNM (0، 3/0، 5/0، 7/0 و 1 درصد وزني) با پلي اتر سولفون (PES) تركيب شد و پس از ساخت غشاهاي زيرلايه، آبدوستي، مورفولوژي و زبري سطح آن¬ها مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده شد با افزودن CNM به مقدار بهينه (5/0 درصد وزني)، ساختار زيرلايه¬ي حاوي نانوذره نسبت به زيرلايه¬ي بدون نانوذره، بهبود مي¬يابد و در نتيجه باعث افزايش تراوايي آب مي¬شود. به منظور ساخت غشاي TFC-FO، از اِم – فنيل دي آمين (MPD) به عنوان فاز آبي و از تريميسول كلرايد (TMC) به عنوان فاز آلي در تشكيل لايه¬ي پلي آميدي (PA) روي سطح زيرلايه استفاده شد. عملكرد اسمز مستقيم غشاها در هر دو حالت FO (لايه¬ي فعال به سمت محلول خوراك) و PRO (لايه¬ي فعال به سمت محلول كششي) با استفاده از آب مقطر به عنوان خوراك و محلول 1 مولار سديم كلرايد به عنوان محلول كششي بررسي شد. همچنين به منظور بررسي توانايي غشاهاي ساخته شده در زمينه¬ي نمك¬زدايي، از آب درياي خزر به عنوان خوراك استفاده شد. استفاده از CNM در زيرلايه¬ي غشاي TFC منجر به كاهش پارامتر ساختاري (S) و در نتيجه كاهش قطبش غلظتي داخلي (ICP) گرديد. نتايج نشان مي¬دهد شار آب گذرنده از غشا در هر دو حالت FO و PRO، در غشاي بهينه تقريباً سه برابر غشاي خام مي¬باشد و همچنين شار معكوس نمك تا حدودي كاهش مي¬يابد. از آنجايي كه طبق نتايج مقدار Js/Jw كاهش چشمگيري مي¬يابد (از 40/1 به g/L 25/0)، اين پژوهش مي¬تواند يك روش جايگزين براي تهيه¬ي غشاي TFC-FO با افزايش تراوايي آب و همچنين افزايش انتخاب¬گري غشا ارائه ¬نمايد.

1399/04/31

Synthesis and Characterization of novel Thin film Composite Forward osmosis membrane modified Charcoal-based Carbon nanomaterials (CNMs)

5/31/2020 12:00:00 AM

In this study, charcoal-based carbon nanomaterial (CNM) was used to modify the thin film composite (TFC) membrane for forward osmosis (FO) process. For this purpose, different amounts of CNM (0, 0.3, 0.5, 0.7, and 1 wt.%) were incorporated into polyethersulfone (PES) and the effect of CNM addition on hydrophilicity, morphology, and surface roughness of the prepared membrane substrates were investigated. It was observed that by addition of the optimal amount of CNM (0.5wt.%, MS-2), structure of the substrate is more significantly improved compared to the unmodified substrate (MS-0). In order to fabricate the TFC-FO membranes, m-phenylenediamine (MPD) was used as aqueous phase and trimesoyl chloride (TMC) was used as organic phase for formation of polyamide (PA) layer on the substrate surface. FO performance of the prepared TFC membranes was evaluated in both FO mode (active layer faced to feed solution) and PRO mode (active layer faced to draw solution) using DI water as feed solution (FS) and 1 M NaCl solution as draw solution (DS). Also, in order to study the capability of TFC membranes for desalination purposes, the Caspian Seawater was used as FS. It was found that incorporation of CNM into the TFC membrane substrate leads to the reduced structural parameter (S) which mitigates the effect of internal concentration polarization (ICP). The obtained results indicated that water flux in both FO and PRO mode for the MS-2 membrane is approximately 3 times higher than that for the neat membrane and reverse salt flux is slightly reduced. According to the results, amount of Js/Jw value significantly decreases from 1.40 to 0.25 g/L. Therefore, this work demonstrates that charcoal-based CNM is a suitable candidate for modification of TFC-FO membranes to achieve high water flux as well as high membrane selectivity.