ساخت و بهبود شار آب و کارایی ضدجرم‌گرفتگی غشای پلی(‌وینیل ‌کلرید) با استفاده از نانوکامپوزیت هالوسیت/روی اکسید

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

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

10.22063/jipst.2026.35837.2445

چکیده

فرضیه: در این پژوهش ساخت و اصلاح غشای فراصافشی بر پایه پلی(وینیل‌ کلرید) با جادادن نانوکامپوزیت هالوسیت/روی اکسید (HNT/ZNO) در بدنه غشا انجام شد. اثر به‌کارگیری نانوکامپوزیت تهیه‌شده در ساختار غشا بر مقدار آب‌دوستی، تخلخل، محتوای آب، زبری سطح، مقدار جداسازی، شار عبوری، مقاومت در برابر گرفتگی و بازیابی شار ارزیابی شد.
روش‌ها: نانوکامپوزیت هالوسیت/روی اکسید با روش هم‌رسوبی سنتز و به‌‌کمک آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی پویشی (FE-SEM)، طیف‌سنجی زیر‌قرمز تبدیل فوریه (ATR-FTIR) و پراش پرتو X بررسی شد. همچنین غشاها با روش تغییر فاز ساخته شد و مشخصات غشاهای تهیه‌شده با آزمون‌های FE-SEM، ATR-FTR، طیف‌سنجی پاشنده انرژی پرتو X، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) مطالعه شد. همچنین مقدار تخلخل، محتوای آب، زبری سطح، زاویه تماس، شار آب و نسبت بازیابی شار عشاهای سنتزشده بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج مطالعه نشان داد، اصلاح غشا با نانوکامپوزیت هالوسیت/روی اکسید موجب افزایش آب‌دوستی سطح و افزایش حدود سه برابر شار آب خالص نسبت به غشای خالص PVC شد. با افزایش مقدار نانوکامپوزیت در ساختار غشا تا %75/0 وزنی، پارامترهایی نظیر آب‌دوستی، تخلخل، محتوای آب و قطر متوسط منفذها افزایش‌یافته و در نتیجه کارایی صافش غشا بهبود یافت. بیشترین مقدار نسبت بازیابی شار عبوری (4/64% FRR≈) در غشای اصلاح‌شده دارای %75/0 وزنی نانوکامپوزیت مشاهده شد، در حالی‌که افزایش بیشتر مقدار نانوکامپوزیت به کاهش FRR منجر شد. همچنین شار عبوری محلول پروتئین و شاخص مقاومت در برابر گرفتگی در این غشا نسبت به غشای خالص PVC  افزایش قابل ‌توجهی نشان داد. ارزیابی عملکرد غشاها در استفاده دوباره و تغلیظ پروتئین شیر نشان داد، غشای فراصافشی اصلاح‌شده دارای تراوایی بیشتر و مقاومت رسوب‌گیری بیشتر نسبت به غشای خالص است. این یافته‌ها قابلیت غشاهای فراصافشی PVC اصلاح‌شده با نانوکامپوزیت HNT/ZnO را برای جداسازی مؤثر پروتئین و کاربردهای پایدار تصفیه پساب مبتنی بر غشا نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Fabrication and enhancing the water flux and antifouling performance of polyvinyl chloride membrane by using halloysite/zinc oxide nanocomposite incorporation

نویسندگان [English]

  • Mostafa Teimoori
  • SayedMohsen Hosseini
  • Fahime Parvizian
Arak University
چکیده [English]

Hypothesis: In this study, polyvinyl chloride (PVC)-based ultrafiltration membrane was fabricated and modified through incorporation of halloysite nanotube/zinc oxide (HNT/ZnO) nanocomposite into the membrane matrix. The effect of using the prepared nanocomposite in the membrane structure on the surface hydrophilicity, porosity, water content, surface roughness, separation rate, flux, fouling resistance, and membrane flux recovery was evaluated.
Methods: The HNT/ZnO nanocomposite was synthesized via a co-precipitation method and subsequently characterized using field-emission scanning electron microscopy (FESEM), attenuated total reflectance Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), and X-ray diffraction (XRD) analyses. The ultrafiltration membranes were fabricated using the phase inversion technique. The physicochemical and morphological properties of the prepared membranes were investigated by the FESEM, ATR-FTIR, energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and atomic force microscopy (AFM). In addition, membrane porosity, water uptake, surface roughness, contact angle, pure water flux, and flux recovery ratio (FRR) were evaluated.
Findings: The results demonstrated that modification of the membrane with the HNT/ZnO nanocomposite significantly enhanced the surface hydrophilicity and increased the pure water flux by approximately threefold compared with the pristine PVC membrane. Increasing the nanocomposite loading up to 0.75 wt% improved key membrane properties, including hydrophilicity, porosity, water uptake, and mean pore size, thereby enhancing the overall filtration performance. The highest flux recovery ratio (FRR ≈ 64.4%) was achieved for the modified membrane containing 0.75 wt% nanocomposite, whereas further increases in nanocomposite concentration resulted in a decline in FRR values. Moreover, the modified membrane exhibited substantially higher protein solution flux and superior antifouling performance compared with the pristine PVC membrane. Evaluation of membrane performance in milk protein concentration and reuse applications revealed that the modified ultrafiltration membrane possessed higher permeability and greater fouling resistance than the unmodified membrane. These findings highlight the potential of HNT/ZnO-incorporated PVC ultrafiltration membranes for efficient protein separation and sustainable membrane-based wastewater treatment applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultrafiltration
  • Nanocomposite
  • Halloysite/Zinc Oxide
  • Flux Recovery Ratio (FRR)
  • Antifouling Property