27710

ساخت و بهينه سازي غشا نامتقارن و استفاده از كربن آلوتروپ براي فرآيند اسمز مستقيم

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- فرايندهاي جداسازي

1399

1401/10/17

تورج محمدي

سليمان صاحبي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

ذرات نانوهيبريدي تشكيل شده از نانوصفحه¬هاي كربني بر پايه زغال چوب / اكسيد آهن (CNM/Fe3O4)، با موفقيت از طريق پيوند ذرات مغناطيسي Fe3O4 عامل¬دار شده به وسيله تري متوكسي سيلان (APTES) با CNM، سنتز شد. اين نانوهيبريدهاي سنتزشده درون زيرلايه¬هاي پلي¬اتر سولفون براي ساخت غشاهاي لايه نازك (TFC) براي فرآيند اسمز مستقيم (FO) از طريق روش¬هاي وارونگي فاز و پليمريزاسيون سطحي استفاده شد. براي سنتز CNM/Fe3O4 نسبت 1:4 به ترتيب براي Fe3O4 و CNM انتخاب شد. زيرلايه¬هاي پلي اتر سولفون (PES) با تركيب درصدهاي مختلف وزني از نانوهيبريدهاي CNM/Fe3O4 (از 0 تا 5/0 درصد وزني) ساخته شدند و از نظر زبري، آبدوستي و مورفولوژي سطح مورد ارزيابي قرار گرفتند. در طول فرآيند ريخته‌گري، از يك ميدان مغناطيسي القايي براي پايين‌كشيدن نانوهيبريدهاي CNM/Fe3O4 استفاده شد تا زبري سطح بالايي زيرلايه براي ساخت لايه نازك پلي¬آميدي يكنواخت و متراكم به عنوان لايه فعال، بهينه و مناسب شود و از طريق حركت نانوذرات به سمت سطح پاييني زيرلايه ايجاد منافذ انگشت-مانند براي نفوذ بيشتر آب بهبود يابد. در اين راستا، عملكرد غشاهاي CNM/Fe3O4/PES در هر دو حالت FO و PRO با استفاده از آب مقطر به عنوان محلول خوراك (FS) و محلول 1 مولار NaCl به عنوان محلول اسمزي (DS) بررسي شد. مطابق با نتايج، پارامتر ساختاري (S) با استفاده از نانوهيبريدهاي CNM/Fe3O4 در زيرلايه غشايي به طور قابل توجهي كاهش يافت.در بين شش غشا ساخته شده، غشا TFC-FO با 0.2 درصد وزني نانوهيبريدهاي CNM/Fe3O4 در زيرلايه، بهترين عملكرد را با شار آب L m-2 h-112/17 وL m-2 h-1 4/31 به ترتيب در حالت‌هاي عملكرد FO و PRO نشان داد. پارامتر ساختاري غشاهاي ساخته شده از مقدارμm 2/1258براي غشاي بدون نانوهيبريد به مقدار μm5/505 براي غشا با 2/0 درصد وزني نانوهيبريد كاهش يافت و تاثير ICP بر عملكرد غشا كم شد. همچنين، نسبت شار معكوس نمك (RSF) به مقدار شار آب (Js/Jv) از g L-172/0 به g L-129/0 كاهش يافت. اين غشاهاي لايه نازك مركب شار آب اميدواركننده و گزينش¬پذيري مناسب را براي فرآيند FO نشان دادند.

1401/10/26

Fabrication and optimization of asymmetric membrane and use of allotrope carbon for forward osmosis process

1/7/2024 12:00:00 AM

Charcoal-based carbon nanomaterial/ferrous ferric oxide (CNM/Fe3O4) nanohybrid particles (NPs), was successfully formed via bonding trimethoxysilane (APTES)/functionalized Fe3O4 with CNM, was loaded in Polyethersulfone (PES) substrate to fabricate the thin film composite (TFC) membrane for forward osmosis (FO) applications through phase inversion and interfacial polymerization methods. For synthesizing CNM/Fe3O4 The ratio 1:4 was chosen for Fe3O4 and CNM, respectively. PES with different load of CNM/Fe3O4 was studied in terms of roughness, hydrophilicity, and morphology of the fabricated substrates. During casting process specific magnetic field was utilized to pull down CNM/Fe3O4 nanohybrids in order to optimize top substrate surface roughness for fabricating even and dense rejection layer and developing finger-like pores for higher water permeation. In this regard, first performance of the CNM/Fe3O4/PES membranes were determined in both FO and PRO mode using DI water as feed solution (FS) and 1 NaCl as draw solution (DS). In accordance with our gained, structural parameter (S) decreased, considerably, with incorporation of CNM/Fe3O4 into the membrane substrate. The membrane with 0.2 wt.% CNM/Fe3O4 nanohybrids content exhibited the best performance with water flux of 17.12 and 31.4 LMH in FO and PRO modes of operation, respectively. The structural parameter of the membranes reduced from the amount of 1258.2 μm for the membrane without nanohybrid to the value of 505.5 μm for the membrane with 0.2 wt% nanohybrid and the effect of ICP on the membrane performance was decreased. Also, the ratio of revers solute flux (RSF) to the water flux (Js/Jv) value diminish from 0.72 to 0.29 g L-1. These mixed matrix membranes show promising water flux performance and impressive selectivity for a FO process.

اسمز مستقيم , نانوهيبريد , غشاي لايه نازك مركب , نانوذرات مغناطيسي

forward osmosis , Nanohybrid , thin film composite membrane , Magnetic nanoparticle

Mohsen Mesbahi Babaei

Dr. Tooraj Mohammadi