ساخت، شناسایی و بررسی سازوکارهای گرفتگی غشاهای PVDF محتوی نانوذرات تیتانیم دی اکسید

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تبریز، دانشگاه صنعتی سهند، دانشکده مهندسی شیمی، صندوق پستی 1996-51335

چکیده

در پژوهش حاضر، غشاهای متخلخل PVDF محتوی نانو­ذرات TiO2 به روش جدایی فاز با القای ضدحلال ساخته شد. ساختار غشاها با استفاده از روش­ های FESEM ،EDX، اندازه­ گیری زاویه تماس، آزمون شار آب خالص و تعیین شعاع متوسط حفره­ ها شناسایی شد. نتایج نشان داد، تمام غشاها ساختار نامتقارن همراه با درشت حفره­ ها دارند و وجود نانوذرات TiO2 باعث افزایش اندازه حفره ­ها می ­شود. افزون بر این مشخص شد، مقدار شار آب خالص عبوری از غشاها با افزایش مقدار نانوذرات TiO2 افزایش می ­یابد، به­ طوری که مقدار آن از حدود 41kg/m2h برای غشای %1 وزنی TiO2 به 162kg/m2h در غشای محتوی %5 وزنی می­ رسد. همچنین مشخص شد، اندازه زاویه تماس غشاها از حدود °100 برای غشای %1 وزنی TiO2به °69 برای غشای محتوی %5 وزنی کاهش می ­یابد که نشانگر افزایش آبدوستی غشاها با افزایش مقدار نانوذرات TiO2 است. همچنین، گرفتگی غشاها در فیلترکردن محلول %1 هیومیک اسید مطالعه شد. نتایج نشان داد، وجود نانوذرات TiO2 باعث افزایش مقاومت در برابر گرفتگی غشاها می ­شود. نتایج مربوط به مدل­ سازی گرفتگی غشاها با استفاده از مدل­ های کلاسیک نشان داد، سازوکار گرفتگی غشا­های 2 و 5% وزنی TiO2 از نوع گرفتگی متوسط است، در حالی که سازوکار غالب در سایر غشاها از نوع تشکیل کیک است. افزون بر این، تحلیل گرفتگی غشاها با استفاده از مدل­ های مرکب نشان داد، مدل فیلترکردن کیک-گرفتگی متوسط برای تمام غشاها داده­ های حجم-زمان را با کمترین خطای ممکن نسبت به سایر مدل­ های مرکب برازش می­ کند. در نهایت مشخص شد، مقدار پس­ زنی هیومیک اسید با افزایش مقدار TiO2 ابتدا افزایش و سپس کاهش می ­یابد.    

عنوان مقاله [English]

Preparation, Characterization and Analysis of Fouling Mechanisms of TiO2- Embedded PVDF Membranes

نویسندگان [English]

  • Yoones Jafarzadeh
  • Mehdi Mirzababaei
  • Mohammad Javad Shahbazi
  • Borhan Ghofrani
  • Erfan Esmaeili
  • Nima Rezaei
  • Meysam Moradi
Faculty of Chemical Engineering, Sahand University of Technology, P.O. Box: 51335-1996, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Titanium dioxide (TiO2)-embedded polyvinylidene fluoride (PVDF) mixed matrix membranes were prepared through a nonsolvent induced phase separation (NIPS) method. The structure of the membranes was characterized by FESEM, EDX, water drop contact angle measurement, pure water flux and mean pore radius analysis. The results showed that the prepared membranes had asymmetric structures with macro-voids and the presence of TiO2 nanoparticles increased the size of macro-voids. Moreover, pure water flux increased from 41 kg/m2h to 162 kg/m2h the content of TiO2 nanoparticles increased from 1 wt% to 5 wt% as embedded membrane. The contact angle dropped from 100° for 1 wt% TiO2- embedded membrane to 69° for 5 wt% TiO2-embedded membrane, showing that the hydrophilicity of membranes increased by addition of inorganic TiO2 nanoparticles. The fouling behavior oftheprepared mixed matrix membranes was studied in filtration process of 1% humic acid solution. The results showed that fouling resistance of the membranes increased with higher content of TiO2 nanoparticles. The results of classic fouling modeling of membranes showed that for 2 and 5 wt% TiO2-embedded membranes the best fit of the data occurred with the intermediate blockage model whereas cake formation model was the dominant mechanism for other membranes. Moreover, the analysis of fouling mechanisms by combined models showed that cake filtration-intermediate blockage model was in good agreement with the experimental data for all membranes. Finally, the results showed that the rejection of membranes increased with the addition of TiO2 nanoparticles, and then decreased.