22634

بهبود عملكرد غشاي نانوفيلتراسيون تصفيه آب با استفاده از نانولوله كربني عاملدار

كارشناسي ارشد

فرايندهاي جداسازي

1398-99

1399/4/31

دكتر تورج محمدي - دكتر اميراتابك اسدي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

چكيده ‌غشاهاي نانوفيلتراسيون (NF) دسته‌اي از غشاهاي فيلتراسيون هستند كه داراي خواص جداسازي بين اولترافيلتراسيون و اسمزمعكوس هستند. با توجه به چالش متقابل بين گذردهي و پس‌زني كه در غشاهاي NF وجود دارد همواره سعي بر ساختن غشايي با بهترين عملكرد است. در اين پژوهش سعي در ساخت غشاي نانوفيلتر خالص و بهينه‌سازي پارامترهاي مؤثر در فرايند ساخت و در مرحله بعد استفاده از نانولوله‌هاي كربني چندديواره آمين‌دار شده درون زمينه پليمر پايه غشاي NF و بررسي تأثير آن بر عملكرد غشاي نهايي است. در ابتدا با استفاده از رويه سطح پاسخ(RSM) به همراه روش طرح مركب مركزي (CCD) طراحي آزمايش‌ها براي به دست آوردن بهترين غشاي نانوفيلتر پليمري از پلي‌اترسولفون(PES) انجام شد. غشاي پايه با تركيب درصد (wt)PES14٪ تعيين شد. بهينه پارامترهاي واكنش پليمريزاسيون سطحي شامل غلظت مونومرهاي PIP، TMC و زمان واكنش به ترتيب در (w/v) 1/5٪ ، (w/v) 0/2٪ و Sec 45 به دست آمد. عملكرد غشاي ساخته شده تحت شرايط پارامترهاي بهينه با پاسخ گذردهي و پس‌زني نمك MgSO4 بررسي شد كه در مطابقت با جواب‌هاي پيش‌بيني شده توسط مدل بود. سپس غشاهاي تركيبي با پراكندن نانولوله‌هاي كربني چندديواره عاملدار شده با گروه آمين در زمينه پليمر PES ساخته شدند. آزمون‌هاي FTIR، ATR_FTIR، SEM، AFM و زاويه تماس براي ارزيابي نانولوله‌هاي كربني و غشاهاي ساخته شده به كار رفت. در بهترين بارگذاري نانولوله كربني يعني (wt)0/15، گذردهي به LMH/Bar11/84 رسيد كه نشان‌دهنده بهبود 20% در مقايسه با غشاي خالص PES است. با توجه به انجام آزمون‌هاي SEM، زاويه تماس و تخلخل غشاهاي پايه خالص و حاوي نانولوله كربني آميني، تأثير نانولوله‌هاي كربني در كاهش زاويه تماس از °74/84 به °57/99، افزايش تخلخل از 70٪ به 78٪ و افزايش آبدوستي مشاهده شد.

1399/08/14

Improving the performance of nanofiltration membranes using the functionalized Multiwalled carbon nanotubes for water treatment

7/22/2021 12:00:00 AM

Abstract Nanofiltration (NF) is a type of membrane filtration with properties between ultrafiltration (UF) and reverse osmosis (RO). An important issue facing NF membranes is the trade-off between rejection and permeability. This research tries to fabricate membranes with good performance when it is used to address the selectivity/permeability trade-off challenge. This research consists of two parts: first fabricating neat membranes and optimizing potentially important synthesis parameters; next using amine functionalized multiwalled carbon nanotube (f-MWCNT) in membranes support to investigate its effect on the membranes performance. The experimental design was performed using central composite design (CCD), based on the response surface methodology (RSM) to obtain optimum synthesis parameters of the UF support membrane as well as the NF top layer. Based on the optimization results parameters including polyethersulfone (PES) concentration in support layer, piperazine (PIP), trimesoyl chloride (TMC) concentration in top layer and reaction time were adjusted to 14 wt%, 1.5 w/v%, 0.2 w/v%, and 45 s, respectively. An additional membrane was prepared based on the optimum conditions of the preparation process. The permeation and rejection tests were performed; results were in good agreement with the values predicted by the model. Afterward, f-MWCNTs / PES hybrid membranes were fabricated and characterized by FTIR, ATR-FTIR, AFM, and SEM analysis. In the best nanoparticles loading ratio of 0.15 wt%, the fabricated membrane exhibited pure water flux of 9.84 LMH/bar which showed 20 % improvement compared with the neat NF membranes. Concerning the results of contact angle and porosity mesurements of the neat membranes and nanocomposite membranes, adding nanoparticles result in contact angle reduction from 74/84° to 57/99°, as well as increasing hydrophilicity and porosity from 70 % to 78 %.