تصفیه پساب‌های نفتی با استفاده از غشای نانوکامپوزیت اولترافیلتراسیون ساخته‌شده از پلی‌سولفون و نانوبلورهای سلولزی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی شیمی، واحد یاسوج، دانشگاه آزاد اسلامی، یاسوج، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی شیمی، مرکز تحقیقات علوم و فناوری غشا، واحد گچساران، دانشگاه آزاد اسلامی، گچساران، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی شیمی، واحد یاسوج، دانشگاه آزاد اسلامی، یاسوج، ایران

چکیده

به‌دلیل افزایش انتشار پساب‌های نفتی و همچنین آلودگی‌های محیط‌ زیستی نفت خام، جداسازی نفت و آب یک موضوع محیط زیستی جهانی محسوب می‌شود. در این پژوهش، غشاهای نانوکامپوزیت با اضافه نمودن مقدار مختلف از نانوبلورهای سلولزی (CNC) به غشای پلی‌سولفون (PSF) با هدف افزایش خاصیت ضدرسوبی غشا در مقابل تجمع ذرات نفت، سنتز شدند و سپس مشخصات غشای سنتز شده توسط آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف‌سنجی مادون قرمز (FTIR) و تست زاویه تماس (CA) بررسی شد. نتایج به‌دست‌ آمده از این پژوهش نشان داد که تخلخل و آب‌دوستی غشای ترکیبی PSF/NC به‌طور چشمگیری بهبود یافت. نتایج آزمایش‌های مرتبط با عملکرد سیستم اولترافیلتراسیون پساب‌های نفتی نشان دادند که غشای نانوکامپوزیت با 1 درصد CNC موجب افزایش 60 درصدی شار آب، دفع حدود 100 درصد ترکیبات نفتی و بازیابی مطلوب جریان آبی تا 4/94 درصد می‌شود. این یافته‌ها نشان داد که غشای نانوکامپوزیت ساخته‌شده، یک انتخاب مناسب برای تصفیه فاضلاب نفتی با غلظت کم نفت است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Petroleum Effluent Treatment Using Ultrafiltration Nanocomposite Membrane Made of Polysulfone and Cellulose Nanocrystal

نویسندگان [English]

  • Reza Moeinzadeh 1
  • Daryoush Emadzadeh 2
  • Abotaleb Ghadami Jadval Ghadam 3
1 PhD Candidate, Dept. of Chemical Engineering, Yasooj Branch, Islamic Azad University, Yasooj, Iran
2 Assist. Prof., Dept. of Chemical Engineering, Membrane Science and Technology Research Center (MSTRC), Gachsaran Branch, Islamic Azad University, Gachsaran, Iran
3 Assist. Prof., Dept. of Chemical Engineering, Yasooj Branch, Islamic Azad University, Yasooj, Iran
چکیده [English]

Petroleum effluent treatment uses ultrafiltration nanocomposite membrane made of polysulfone and cellulose nanocrystal. In this study, nanocomposite membranes were synthesized by adding different amounts of cellulose nanocrystals (CNCs) to polysulfone membrane (PSF) in order to enhance the membrane's anti-fouling properties against the accumulation of oil particles and then synthesize the membrane properties by spectral analysis. Scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy FTIR and contact angle test (CA) were applied to investigate membrane morphology. The results showed that the porosity and hydrophilicity of PSF/NC composite membrane were significantly improved. Experiments related to the performance of the petroleum effluent ultrafiltration system have shown that nanocomposite membranes with 1% cellulose nanocrystals (CNCs) increase the water flux by 60%, excreting about 100% of the petroleum compounds, and optimally recovering the water flow to 94.4%. The findings suggest that the newly developed nanocomposite membrane is an optimal choice for treatment of low concentrated oily wastewater.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cellulose Nanocrystal
  • polysulfone
  • Nanocomposite Membranes
  • Water flux
Al-Juboori, R. A. & Yusaf, T. 2012. Biofouling in RO system: mechanisms, monitoring and controlling. Desalination, 302, 1-23.

Al Amer, A. M., Laoui, T., Abbas, A., Al-Aqeeli, N., Patel, F., Khraisheh, M. et al. 2016. Fabrication and antifouling behaviour of a carbon nanotube membrane. Materials and Design, 89, 549-558.

Asempour, F., Emadzadeh, D., Matsuura, T. & Kruczek, B. 2018. Synthesis and characterization of novel cellulose nanocrystals-based thin film nanocomposite membranes for reverse osmosis applications. Desalination, 439, 179-187.

Bian, R., Yamamoto, K. & Watanabe, Y. 2000. The effect of shear rate on controlling the concentration polarization and membrane fouling. Desalination, 131, 225-236.

Celik, E., Liu, L. & Choi, H. 2011. Protein fouling behavior of carbon nanotube/polyethersulfone composite membranes during water filtration. Water Research, 45(16), 5287-5294.

Chakrabarty, B., Ghoshal, A. & Purkait, M. 2008. Ultrafiltration of stable oil-in-water emulsion by polysulfone membrane. Journal of Membrane Science, 325(1), 427-437.

Chen, T. H. & Huang, Y. H. 2018. Dehydration of waste cutting oil using a pervaporation process. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 82, 75-79.

Emadzadeh, D., Lau, W., Rahbari-Sisakht, M., Daneshfar, A., Ghanbari, M., Mayahi, A. et al. 2015. A novel thin film nanocomposite reverse osmosis membrane with superior anti-organic fouling affinity for water desalination. Desalination, 368, 106-113.

Holloway, R.W., Childress, A.E., Dennett, K.E. & Cath, T.Y. 2007. Forward osmosis for concentration of anaerobic digester centrate. Journal of Water Research, 41, 4005-4014.

Gohari, R. J., Halakoo, E., Lau, W., Kassim, M., Matsuura, T. & Ismail, A. 2014. Novel polyethersulfone (PES)/hydrous manganese dioxide (HMO) mixed matrix membranes with improved anti-fouling properties for oily wastewater treatment process. RSC Advances, 4(34), 17587-17596.

Hou, D., Wang, Z., Wang, K., Wang, J. & Lin, S. 2018. Composite membrane with electrospun multiscale-textured surface for robust oil-fouling resistance in membrane distillation. Journal of Membrane Science, 546, 179-187.

Lai, G., Yusob, M., Lau, W., Gohari, R. J., Emadzadeh, D., Ismail, A. et al. 2017. Novel mixed matrix membranes incorporated with dual-nanofillers for enhanced oil-water separation. Separation and Purification Technology, 178, 113-121.

Li, Y. S., Yan, L., Xiang, C. B. & Hong, L. J. 2006. Treatment of oily wastewater by organic–inorganic composite tubular ultrafiltration (UF) membranes. Desalination, 196, 76-83.

Loeb, S. 2010. One hundred and thirty benign and renewable megawatts from Great Salt Lake. Desalination, 14, 436-440.

Lu, D., Liu, Q., Zhao, Y., Liu, H. & Ma, J. 2018. Treatment and energy utilization of oily water via integrated ultrafiltration-forward osmosis–membrane distillation (UF-FO-MD) system. Journal of Membrane Science, 548, 275-287.

Meng, F. N., Zhang, M. Q., Ding, K., Zhang, T. & Gong, Y. K. 2018. Cell membrane mimetic PVDF microfiltration membrane with enhanced antifouling and separation performance for oil/water mixtures. Journal of Materials Chemistry A, 6(7), 3231-3241.

Mohammadi, T., Kazemimoghadam, M. & Saadabadi, M. 2003. Modeling of membrane fouling and flux decline in reverse osmosis during separation of oil in water emulsions. Desalination, 157, 369-375.

Salter, R. J., 2006. Forward osmosis. Water Conditioning and Purification International, 48, 36-38.

Sarfaraz, M. V., Ahmadpour, E., Salahi, A., Rekabdar, F. & Mirza, B. 2012. Experimental investigation and modeling hybrid nano-porous membrane process for industrial oily wastewater treatment. Chemical Engineering Research and Design, 90(10), 1642-1651.

Zhao, Y., Tan, Y., Wong, F. S., Fane, A. & Xu, N. 2005. Formation of dynamic membranes for oily water separation by crossflow filtration. Separation and Purification Technology, 44, 212-220.