26317

ساخت و ارزيابي غشاي نانو كامپوزيت اولترافيلتراسيون الياف توخالي به منظور استفاده در بيوراكتورهاي غشايي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

97

1400/10/30

تورج محمدي

مريم احمد زاده توفيقي

مهندسي شيمي و نفت و گاز

در اين پژوهش، به منظور ساخت غشاي نانوكامپوزيت اولترافيلتراسيون الياف¬توخالي، ابتدا به وسيله نرم افزار Design Expert طراحي آزمايشي جهت يافتن مقادير بهينه غلظت¬هاي پليمر، حفره¬ساز و نانوذره صورت گرفت و غشاهاي تخت به روش وارونگي فاز ساخته شد. نانوذره گرافن¬اكسايد بر پايه زغال چوب (CNM) با خاصيت آبدوستي زياد و ساختار ورقه اي به منظور اصلاح عملكرد غشاها مورد استفاده قرار گرفت. بعد از تعيين مقادير بهينه، تأثير نانوذرهCNM بر ساختار و عملكرد غشاي تخت مورد بررسي قرار گرفت و در نهايت مقادير بهينه به غشاي الياف¬توخالي منتقل شد. غشاهاي الياف ¬توخالي نانوكامپوزيت در سه تركيب درصد مختلف نانوذره به روش خشك/مرطوب ريسندگي شد. عملكرد غشاها در مقابل حذف پروتيئن BSA ارزيابي شد و بعد از آماده شدن شرايط بيوراكتور و رساندن غلظت توده زيستي به 6000 ميلي¬گرم بر ليتر، عملكرد غشاهاي الياف¬توخالي در بيوراكتور مورد بررسي قرار گرفت. آناليزهاي FESEM، FTIR، AFM، EDX، Tensilensile strength و زاويه تماس جهت مشخصه¬يابي غشاها مورد استفاده قرار گرفت. افزايش تخلخل و ميانگين اندازه حفرات، كاهش زبري سطح، افزايش آب¬دوستي سطح و بهبود خواص ضد¬گرفتگي براي غشاي حاوي 5/0 وزني نانوذره CNM نسبت به غشاي خالص مشاهده شد. نتايج حاصل نشان¬ دهنده¬ي اثر مثبت نانوذره CNM بر ويژگي¬هاي سطحي و عملكرد غشا در بيوراكتور مي¬باشد. ميزان حذف COD و پس¬زني پروتئين به ترتيب 8/95 و 3/94 درصد براي غشاي بهينه حاوي 5/0 وزني نانوذره CNMبه دست آمد. همچنين، شار آب خالص LMH/bar 3/196 و نسبت شار برگشتي 85 درصد براي غشاي بهينه حاصل شد.

1401/01/21

Fabrication and evaluation of Hollow-fiber ultrafiltration nanocomposite membrane for use in membrane bioreactors

1/20/2023 12:00:00 AM

In this study, to fabricate a hollow-fiber ultrafiltration nanocomposite membrane, an experimental design was performed by the Design Expert program to find the optimal values of polymer, pore-former and nanoparticle concentrations in the flat membrane, which was fabricated by phase inversion. Charcoal-based graphene oxide (CNM) with high hydrophilicity and sheet-like structure was used to modify membrane performance. After determining the optimal values, the effect of CNM nanoparticles on the structure and performance of the flat membrane was investigated. Eventually, the optimal values were transferred to the hollow-fiber membrane. The hollow-fiber membranes was spun in three different CNM contents by the dry/wet method. The BSA protein removal performance of membranes was evaluated and after preparing the bioreactor conditions and bringing the MLSS to 6000 mg / l, the performance of hollow fiber membranes in the bioreactor was evaluated. FESEM, FTIR, AFM, EDX, Tensilensile strength and contact angle analyzes were performed to characterize the fabricated membranes. Increased porosity and average pore size, decreased surface roughness, increased surface hydrophilicity and improved anti-fouling properties were observed for membranes containing 0.5 wt.% of CNM nanoparticles as optimized membrane compared to the neat membranes. The results show the positive effect of nanoparticles on the surface properties and membrane performance in the bioreactor. COD removal and protein rejection were achieved for the optimized membrane as 95.8% and 94.3%, respectively. Also, pure water flux of 196.3 and reverse flux ratio of 85% were achieved.

غشاي الياف¬توخالي، بيوراكتور غشايي، نانوذره CNM، ميزان حذف COD، پس¬زني پروتئين

: Hollow-fiber Membrane, Membrane Bioreactor, CNM Nanoparticle, COD Removal Content, Protein Rejection

fateme dolatkhah

toraj mohammadi