بررسی خواص جداسازی غشاهای نانوصافشی بر پایه پلی‌اترسولفون با استفاده از نانوذرات ترکیبی نقره-مس(Ι) اکسید

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

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

2 بروجرد، دانشگاه آیت‌الله بروجردی، دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی مکانیک، کد پستی 69737-69199

چکیده

فرضیه: در مطالعه‌ حاضر، نانوذرات ترکیبی نقره-مس(Ι) اکسید (Ag@Cu2O) سنتز شده و با نسبت‌های مختلف در ساخت غشاهای نانوصافشی بر پایه پلی‌اتر سولفون (PES) برای تصفیه آب استفاده شدند.
روش‌ها: از غلظت‌های متفاوتی از نانوذرات ترکیبی Ag@Cu2O (0.1، 0.5 و %1 وزنی) برای اصلاح غشاهای نانوصافشی استفاده شد. آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی پویشی نشر میدانی (FE-SEM)، طیف‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، تصاویر سه‌بعدی سطح (AFM) و تجزیه و تحلیل پراش پرتو X برای توصیف غشاها و نانوذرات بررسی شدند. افزون بر این، اثر نانوذرات بر خواص غشا با زاویه تماس آب، محتوای آب، میانگین اندازه حفره‌ها و تخلخل مشخص شد. در نهایت، نفوذپذیری و جداسازی غشاها با محلول‌ نمک سولفات سدیم (Na2SO4) و محلول فلز سنگین سولفات مس (CuSO4) بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج تصاویر FE-SEM و تجزیه و تحلیل پراش پرتو X تشکیل نانوذرات را تأیید کردند. همچنین آزمون را نشان داد. به‌طور جزئی، شار آب خالص از 11.2L/m2.h برای غشای پلی‌اتر سولفون خالص به 24.36L/m2.h برای غشای M2 افزایش یافت. همچنین پس‌دهی سولفات سدیم (Na2SO4) برای غشای M5 با 1 درصد وزنی نانوذرات Ag@Cu2O به %68 افزایش یافت که یشتر از مقدار پس‌دهی غشای پلی‌‌اتر سولفون خالص بود. مقدار دفع فلز سنگین سولفات مس (CuSO4) به %98.15 برای غشای M5 افزایش یافت. در حالی که این مقدار برای غشای خالص برابر %92.63 بود. همچنین کاهش زبری سطح و افزایش گروه‌های آب‌دوست باعث بهبود خواص ضدرسوب غشا شد و بیشترین مقدار نسبت بازیابی شار (%FRR)، برای غشای M5 با %1 وزنی نانوذرات Ag@Cu2O به‌دست آمد (%50)، در حالی که نسبت بازیابی شار برای غشای پایه حدود %31.5 بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Separation Properties of Polyethersulfone-Nanofiltration Membranes in Using Ag/Cu2O Nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Abdolreza Moghadassi 1
  • Samaneh Bandehali 2
  • Atena Ghalavand 1
  • Maryam Eskandari 1
1 Department of Chemical Engineering, Arak University, Arak, 38156-8-8349, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Ayatollah Boroujerdi University, Boroujerd, 69199-69737, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: In this study, the composite Ag/Cu2O nanoparticles were synthesized to fabricate the polyethersulfone (PES) nanofiltration (NF) membranes
Methods: To optimize the nanocomposite PES membranes for NF applications different concentrations of the Ag/Cu2O nanoparticles were added (0.05, 0.1, 0.5 and 1% by wt) into the pure PES dope solution. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), 3D surface images (AFM) and X-ray diffraction analysis were utilized to investigate physical and chemical properties of the membranes and the nanoparticles. Moreover, the effects of nanoparticles on membrane properties were characterized by water contact angle water content, average pore size, and porosity. Finally, permeability and separation of the membranes were examined in the NF process of sodium sulfate (Na2SO4) and copper sulfate (CuSO4) as a heavy metal
Findings: The results of FE-SEM images and X-ray diffraction analysis depict the formation of nanoparticles. Also, their functional groups can be seen in the FTIR results. The M2 membrane, containing 0.05 wt.% Ag@Cu2O nanoparticles, showed the highest pure water flux. In detail, the pure water flux increased from 11.2 L/m2.h for the pure PES membrane to 24.36 L/m2.h for the M2 membrane. For the M5 membrane with 1% by wt/Cu2O, the rejection of Na2SO4 increased to 68.08%, which was higher than that of the pure PES membrane. Moreover, the M5 membrane results in increasing the rejection of heavy metal CuSO4 up to 98.15% being higher compared to that of the pure PES membrane with a rejection factor of 92.63%. The results of reducing surface roughness and increasing hydrophilic groups lead to improved antifouling properties of the membrane. In addition, the highest amount of flux recovery ratio (FRR%), being 50%, was obtained for the M5 membrane, whilst FRR for the base membrane was about 31.5%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanofiltration membrane
  • Ag@Cu2O nanoparticles
  • Anti-fouling properties
  • Salt removal
  • water treatment

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار