کارایی غشاهای آب‌دوست برپایه دوپامین و آب‌گریز مبتنی بر ZIF درجداسازی آب-نفت

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

اصفهان، دانشگاه اصفهان، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی، کد پستی 8174673441

چکیده

فرضیه: آلودگی پساب نفتی و وجود آب در نفت مشکلات جدی برای محیط زیست و فرایندهای انتقال نفت از جمله آسیب به بوم‌سازگان آبی و خوردگی تجهیزات انتقال ایجاد می‌کند. بنابراین، در پژوهش حاضر، غشاهای پلی‌آکریلونیتریل با افزودن دوپامین (برای افزایش آب‌دوستی) و نانوساختارهای ZIF-8 و ZIF-67 (برای ایجاد آب‌گریزی کنترل‌شده) ساخته شده و عملکرد آن‌ها در جداسازی امولسیون آب/نفت بررسی می‌شود.
روش‌ها: در این پژوهش، غشاهای نانوکامپوزیتی دولایه شامل زیرلایه پلی‌آکریلونیتریل و لایه فعال پلی‌آمیدی تهیه شدند. لایه فعال پلی‌آمید با روش پلیمرشدن بین‌سطحی روی زیرلایه ایجاد و برای اصلاح آن از دوپامین و نانوساختارهای ZIF-8 و ZIF-67 استفاده شد. غشاهای ساخته‌شده با آزمون‌های ATR-FTIR، SEM، AFM، زاویه تماس و تخلخل مشخصه‌یابی شدند و با سنجش شار، گزینش‌پذیری و مقاومت صافشی، کارایی صافش آن‌ها ارزیابی شد.
یافته‌ها: نتایج نشان می‌دهد، لایه‌نشانی پلی‌آمید و افزودن دوپامین به‌دلیل ماهیت آب‌دوست گروه‌های NH و OH موجب کاهش شار فاز آلی شد، در حالی‌که افزودن نانوساختارهای آب‌گریزZIF-8 و ZIF-67 با افزایش زبری و چربی‌دوستی سطح، شار فاز آلی را بهبود داد. همچنین، بازیابی شار در غشای M (0,0) کمتر از 20 درصد بود، در حالی‌که با لایه‌نشانی پلی‌آمید و افزودن دوپامین، بازیابی شار غشای PAN/PA (DA,0) به 55 درصد افزایش یافت. همچنین بازیابی شار غشای آب‌گریز PAN/PA (DA, Z267) به رقم قابل قبول %96 رسید. از سوی دیگر، مقدار گزیشن‌پذیری آب در غشاهای PAN/PA (0, 0) و PAN/PA (DA, 0) به‌ترتیب برابر 51 و 56 محاسبه شد در حالی که این مقدار برای غشای خام برابر 2.22 بود. این نانوساختارها همچنین گزینش‌پذیری فاز آلی را به‌دلیل حجود گروه‌های آب‌گریز ۲-متیل‌ ایمیدازول افزایش دادند و دوپامین این اثر را تقویت کرد؛ به‌طوری‌که مقدار ان از 4.9 برای غشا خام به 175 برای غشا PAN/PA (DA, Z267) رسید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Performance Evaluation of Dopamine-Based Hydrophilic and ZIF-Based Hydrophobic Membranes for Oil–Water Separation

نویسندگان [English]

  • Sahar Aflaki
  • Mayam Homayoonfal
  • Fateme Tahmasebi Sefiddashti
Department of Chemical Engineering, College of Engineering, University of Isfahan, P.O. Box 81746-73441, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Hypothesis:
Oil wastewater pollution and the presence of water in oil create significant environmental challenges and affect oil transportation processes, including damage to aquatic ecosystems and corrosion of transfer equipment. Therefore, in this study, polyacrylonitrile membranes with the addition of dopamine (to increase hydrophilicity) and nanostructures ZIF-8 and ZIF-67 (for controlled hydrophobicity) were fabricated, and their performance in separating water/oil emulsions was evaluated.
Methods:
In this study, dual-layer nanocomposite membranes consisting of a polyacrylonitrile substrate and an active polyamide layer were prepared. The active polyamide layer was created using the interfacial polymerization method on the substrate, and for modification, dopamine and nanostructures ZIF-8 and ZIF-67 were used. Fabricated membranes were characterized by ATR-FTIR, SEM, AFM, contact angle, and porosity, while their filtration performance was assessed based on flux, selectivity, and filtration resistance.
Findings:
The results show that polyamide coating and the addition of dopamine, due to the hydrophilic nature of NH and OH groups, reduced the organic phase flux. On the other hand, the addition of hydrophobic nanostructures ZIF-8 and ZIF-67 enhanced the organic phase flux by increasing surface roughness and lipophilicity. Furthermore, the flux recovery in the M (0,0) membrane was less than 20%, while with polyamide coating and the addition of dopamine, the flux recovery in the PAN/PA (DA,0) membrane increased to 55%. The flux recovery of the hydrophobic PAN/PA (DA, Z267) membrane reached an acceptable value of 96%. Additionally, the water selectivity in the PAN/PA (0, 0) and PAN/PA (DA, 0) membranes was calculated to be 51 and 56, respectively, while for the pristine membrane it was 2.22. These nanostructures also increased the selectivity of the organic phase due to the presence of hydrophobic 2-methylimidazole groups, and dopamine enhanced this effect, increasing the value from 4.9 for the raw to 175 for the PAN/PA (DA, Z267) membrane.

کلیدواژه‌ها [English]

  • water/oil separation
  • nanocomposite membranes
  • dopamine
  • ZIF-8
  • ZIF-67