ساخت و تعیین مشخصات غشای نانوکامپوزیت فیلم نازک سلولز نانوکریستال/پلی‌آمید برای کاربردهای نانوفیلتراسیون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 استادیار، گروه مهندسی شیمی، واحد گچساران، دانشگاه آزاد اسلامی، گچساران، ایران

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

چکیده

نانوسلولز به‌عنوان یک ماده نانومقیاس در حال‌ ظهور با خواص فیزیکی ‌شیمیایی مهم، برای کاربردهای گوناگونی در نظر گرفته‌ شده ‌است که فراتر از کاربرد‌های دیده ‌شده آن در کامپوزیت‌های صنعتی هستند. غشای نانوکامپوزیت فیلم نازک سلولز نانوکریستال/پلی‌آمید برای کاربردهای نانوفیلتراسیون به‌وسیله پلیمریزاسیون بین سطحی ساخته شد. مشخصات غشای سنتز شده توسط آنالیزهای میکروسکوپ الکترونیکی روبشی، طیف‌سنجی مادون قرمز بررسی شد. عملکرد غشای ساخته شده بر روی محلول‌ نمک‌های سولفات سدیم (Na2SO4) و کلرید منیزیم (MgCl2) با استفاده از روش طراحی مرکب مرکزی بررسی شد. ضریب تعیین مدل محاسباتی (R-Sq adj) برای دفع نمک Na2SO4 و MgCl2 به‌ترتیب برابر با 67/99 درصد و 89/86 درصد به‌دست آمد که نشان‌دهنده تطابق خوب مدل‌های محاسباتی با نقاط آزمایش شده و دقت زیاد مدل‌ها است. نتایج به‌دست آمده در تحلیل آماری مشخص کرد که با افزایش غلظت CNC تا سطح میانی (05/0 درصد وزنی)، دبی سیال تا سطح میانی(25/2 لیتر در دقیقه) و فشار تا سطح بالا (10 بار) بیشترین مقدار دفع نمک‌های Na2SO4 و MgCl2 به‌ترتیب برابر با44/93 و 52/79 درصد را داشته‌ایم.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Preparation and Characterization of a Novel Cellulose Nanocrystals/Polyamide Thin Film Nanocomposite Membrane for Nanofiltration Applications

نویسندگان [English]

  • Yousef Rahimi Kashkouli 1
  • Masoud Rahbari-Sisakht 2
  • Seyed Aboutaleb Mosavi Parsa 3
1 PhD Candidate, Dept. of Chemical Engineering, Yasooj Branch, Islamic Azad University, Yasooj, Iran
2 Assist. Prof., Dept. of Chemical Engineering, Gachsaran Branch, Islamic Azad University, Gachsaran, Iran
3 Assist. Prof., Dept. of Chemical Engineering, Yasooj Branch, Islamic Azad University, Yasooj, Iran
چکیده [English]

Nanocellulose, as an emerging nanoscale material with important physical and chemical properties, is intended for a variety of applications that go beyond the applications seen in industrial composites. The nanocomposite membrane of thin film cellulose nanocrystalline/polyamide film for nanofiltration applications was made by interfacial polymerization. The characteristics of the membrane synthesized by scanning electron microscopy and infrared spectroscopy were analyzed. The function of the membrane made on the solution of sodium sulfate salts (Na2SO4) and magnesium chloride (MgCl2) was investigated using the Central Compound Design method. The correlation coefficient of the computational model (R-Sq adj) for salt excretion of Na2SO4 and MgCl2 was obtained to be equal to 99.67% and 86.89%, respectively, which indicates the good compatibility of computational models with experimental points, and the high accuracy of the models. The results of the statistical analysis showed that, with increasing CNC concentration to intermediate level (0.05 %Wt), fluid flow to intermediate level (2.25 lit/min) and pressure to high level (10 bar), the highest rejection percentage of Na2SO4 and MgCl2 salts was 93.44 and 79.52%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Membrane
  • Nanocomposite
  • Cellulose Nanocrystalline
  • Nanofiltration
  • Fouling
  • Experimental Design

مراجع

Ang, M. B. M. Y., Pereira, J. M., Trilles, C. A., Aquino, R. R., Huang, S. H., Lee, K. R. et al., 2019. Performance and antifouling behavior of thin-film nanocomposite nanofiltration membranes with embedded silica spheres. Separation and Purification Technology, 210, 521-529.
Celik, E., Liu, L. & Choi, H. 2011. Protein fouling behavior of carbon nanotube/polyethersulfone composite membranes during water filtration. Water Research, 45, 5287-5294.
Daraei, P., Ghaemi, N. & Ghari, H. S. 2017. An ultra-antifouling polyethersulfone membrane embedded with cellulose nanocrystals for improved dye and salt removal from water. Cellulose, 24, 915-929.
Das, S. K., Manchanda, P. & Peinemann, K. V. 2019. Solvent-resistant triazine-piperazine linked porous covalent organic polymer thin-film nanofiltration membrane. Separation and Purification Technology, 213, 348-358.
Garud, R., Kore, S., Kore, V. & Kulkarni, G. 2011. A short review on process and applications of reverse osmosis. Universal Journal of Environmental Research and Technology, 1(3), 233-238.
Ghanbari, M., Emadzadeh, D., Lau, W., Matsuura, T., Davoody, M. & Ismail, A. 2015. Super hydrophilic TiO2/HNT nanocomposites as a new approach for fabrication of high performance thin film nanocomposite membranes for FO application. Desalination, 371, 104-114.
Jiang, S., LI, Y. & Ladewig, B. P. 2017. A review of reverse osmosis membrane fouling and control strategies. Science of the Total Environment, 595, 567-583.
Kashkouli, Y. R., Mogharei, A., Mousavian, S. & Vahabzadeh, F. 2011. Performance of artificial neural network for predicting fermentation characteristics in biosurfactant production by Bacillus subtilis ATCC 6633 using sugar cane molasses. International Journal of Food Engineering, 7(6), 5.
Kim, S. J., Ko, S. H., Kang, K. H. & Han, J. 2010. Direct seawater desalination by ion concentration polarization. Nature Nanotechnology, 5, 297-301.
Klaysom, C., Moon, S. H., Ladewig, B. P., Lu, G. M. & Wang, L. 2011. The influence of inorganic filler particle size on composite ion-exchange membranes for desalination. The Journal of Physical Chemistry C, 115, 15124-15132.
Lam, E., Male, K. B., Chong, J. H., Leung, A. C. & Luong, J. H. 2012. Applications of functionalized and nanoparticle-modified nanocrystalline cellulose. Trends in Biotechnology, 30, 283-290.
Lau, W., Ismail, A., Misdan, N. & Kassim, M. 2012. A recent progress in thin film composite membrane: a review. Desalination, 287, 190-199.
Loo, S. L., Fane, A. G., Krantz, W. B. & Lim, T. T. 2012. Emergency water supply: a review of potential technologies and selection criteria. Water Research, 46, 3125-3151.
Morra, M. 2000. On the molecular basis of fouling resistance. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition, 11, 547-569.
Mulder, M. 2012. Basic principles of membrane technology, Springer Science and Business Media Pub., Netherlands.
Park, H. M., Jee, K. Y. & Lee, Y. T. 2017. Preparation and characterization of a thin-film composite reverse osmosis membrane using a polysulfone membrane including metal-organic frameworks. Journal of Membrane Science, 541, 510-518.
Park, J., Choi, W., Kim, S. H., Chun, B. H., Bang, J. & Lee, K. B. 2010. Enhancement of chlorine resistance in carbon nanotube based nanocomposite reverse osmosis membranes. Desalination and Water Treatment, 15, 198-204.
Rahimpour, A., Jahanshahi, M., Mollahosseini, A. & Rajaeian, B. 2012. Structural and performance properties of UV-assisted TiO2 deposited nano-composite PVDF/SPES membranes. Desalination, 285, 31-38.
Shao, L., Cheng, X. Q., Liu, Y., Quan, S., Ma, J., Zhao, S. Z. et al. 2013. Newly developed nanofiltration (NF) composite membranes by interfacial polymerization for Safranin O and Aniline blue removal. Journal of Membrane Science, 430, 96-105.
Soroush, A., Barzin, J., Barikani, M. & Fathizadeh, M. 2012. Interfacially polymerized polyamide thin film composite membranes: preparation, characterization and performance evaluation. Desalination, 287, 310-316.
Sorribas, S., Gorgojo, P., Téllez, C., Coronas, J. & Livingston, A. G. 2013. High flux thin film nanocomposite membranes based on metal–organic frameworks for organic solvent nanofiltration. Journal of the American Chemical Society, 135, 15201-15208.
Tarboush, B. J. A., Rana, D., Matsuura, T., Arafat, H. & Narbaitz, R. 2008. Preparation of thin-film-composite polyamide membranes for desalination using novel hydrophilic surface modifying macromolecules. Journal of Membrane Science, 325, 166-175.
Wu, H., Tang, B. & WU, P. 2013. Optimization, characterization and nanofiltration properties test of MWNTs/polyester thin film nanocomposite membrane. Journal of Membrane Science, 428, 425-433.
مجله آب و فاضلاب
دوره 32، شماره 2 - شماره پیاپی 133
خرداد و تیر 1400
صفحه 15-27

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار