ساخت غشای دولایه نانوصافشی بر پایه پلی‌اترسولفون با استفاده از لایه نانوکامپوزیتی کیتوسان-زئولیت

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

اراک، دانشگاه اراک، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی، کد پستی 8349-8-38156

10.22063/jipst.2023.3421.2245

چکیده

فرضیه‌: در این پژوهش، اثر شکل‌گیری لایه فعال نانوکامپوزیتی کیتوسان-زئولیت بر خواص ساختاری، ‌شیمی-فیزیکی و جداسازی و عملکرد ضدجرم‌گرفتگی غشای نانوصافشی بر پایه پلی‌اترسولفون مطالعه شد.
روش‌ها: غشای پایه نانوصافشی با روش تغییر فاز تهیه شد و سپس به‌کمک روش غوطه‌وری عمقی در محلول پلیمری اصلاح سطحی شد. مشخصات غشاهای تهیه‌شده با آزمون‌های زیر‌قرمز تبدیل فوریه، عکس‌های الکترونی ‌پویشی، پراش‌سنجی پرتو X، عکس‌های‌ سه‌‌بعدی سطح، زاویه‌ تماس، محتوای ‌آب، شار آب‌ خالص، پس‌زنی ‌نمک و  فلز سنگین و عملکرد ضدجرم‌گرفتگی ارزیابی شد.
یافته‌ها: نتایج آزمون طیف‌‌سنجی زیر‌قرمز تبدیل فوریه، شکل‌گیری لایه نانوکامپوزیتی کیتوسان-زئولیت را بر سطح غشای پایه پلی‌اترسولفون تأیید کرد. همچنین، عکس‌های ‌الکترونی ‌پویشی‌‌ از سطح و مقطع عرضی غشاهای تهیه‌شده ایجاد ‌لایه‌ فعال روی ‌سطح ‌غشا را نشان می‌دهد. نتایج بررسی سطح غشا نشان می‌دهد، اصلاح سطح غشا سبب کاهش زبری‌ سطح شده است. به‌کارگیری نانوذرات زئولیت در لایه سطحی باعث افزایش مقدار محتوای آب غشا شد. شار آب ‌خالص غشای اصلاح‌شده دولایه %54 نسبت به غشای پایه افزایش یافت. همچنین مقدار پس‌زنی نمک سدیم سولفات ‌برای غشای اصلاح‌شده دولایه بیش از %70 اندازه‌گیری شد. مقدار جداسازی یون کروم نیز از %69 برای غشا پایه به %95 برای غشای اصلاح‌شده افزایش یافت. نتایج اندازه‌گیری زاویه تماس آب نشان داد، خاصیت ‌آب‌‌دوستی سطحی غشاها در اثر اصلاح سطح افزایش یافته است. افزون بر این،‌ غشای اصلاح‌‌شده‌ دولایه خاصیت ضدجرم‌گرفتگی ‌زیادی نشان داد، به‌طوری‌ که مقدار بازیابی شار از %85 به %93.6 افزایش و مقدار‌ مقاومت بازگشت‌ناپذیر از %15 به %6.4 کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fabrication of Bi-layer Polyethersulfone-based Nanofiltration Membrane Using Chitosan/Zeolite Nanocomposite Layer

نویسندگان [English]

  • Mahdi Najafpour
  • Zahra Jiriaei Sharahi
  • Saba Sohrabnejad
  • Sahar Karami
  • Sayed Mohsen Hosseini
Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Postal Code 38156-8-8349, Arak Iran
چکیده [English]

Hypothesis: This study constituted the effect of chitosan-zeolite active nanocomposite layer formation on the morphological, physico-chemical and separation properties, as well as the anti-fouling performance of the polyethersulfone-based nanofiltration membrane.
Methods: The nanofiltration-based membrane was prepared by phase inversion method and its surface was modified through the dip-coating technique in the polymeric solution. The properties of the prepared membranes were investigated by Fourier transform infrared (FTIR) analysis, scanning electron microscopy (SEM), 3D surface images, contact angle, water content, pure water flux, salt and heavy metal rejection and anti-fouling performance techniques. 
Findings: The FTIR analysis results confirmed the formation of the chitosan/zeolite nanocomposite layer on the polyether sulfone-based membrane. Moreover, the scanning electron microscopy images of the surface and cross-section of the prepared membranes showed the formation of an active layer on the membrane surface. The results of surface analysis showed that the surface modification reduced the surface roughness of the membrane. In addition, the use of zeolite nanoparticles on the surface layer caused to an increase in the membrane water content. The pure water flux of bi-layer modified membrane showed an increase in water content of > 54% compared to the virgin membrane. The sodium sulfate salt rejection was measured > 70% for the bi-layer modified membrane. The chromium rejection increased from 69% for the virgin membrane to > 95% for the modified bi-layer membrane. The water contact angle results exhibited that the surface hydrophilicity of the membrane increased with the surface modification. The modified membranes showed superior antifouling ability as the flux recovery ratio increased from 85% to 93.6% and the irreversible resistance decreased considerably to 6.4%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nanofiltration
  • Bi-layer membrane
  • Nanocomposite
  • Chitosan/Zeolite
  • Heavy metals removal