ساخت و شناسایی غشاهای میکروفیلتراسیون ضدگرفتگی زمینه مخلوط با چارچوب-های آلی-فلزی با هدف استفاده در بیوراکتور زیستی غشایی (MBR)

نوع مقاله: مقاله اصلی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی ، دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

2 استادیار، گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی ، دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه،

3 استاد، گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی ، دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

4 کارشناسی ارشد، گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی ، دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

10.22034/jewe.2020.232276.1363

چکیده

این مطالعه مراحل تهیه، شناسایی و ارزیابی عملکرد غشاهای میکروفیلتراسیون زمینه مخلوط با خاصیت ضد گرفتگی را نشان می دهد. هدف اصلی این مطالعه، بررسی تأثیر چارچوب‌های آلی-فلزی (MOFs) به عنوان پر کننده در مقیاس نانو برای تولید غشای زمینه مخلوط از پلیمر پلی وینیلیدین فلورید (PVDF) می باشد که به روش وارونگی فاز ساخته شده است. عکس‌های میکروسکوپ الکترونی(SEM) نشان داد که با افزایشMOF(TMU-5)، اندازه حفره و تخلخل غشاهای تهیه شده افزایش یافت. با افزایش مقدار 0.3 درصد وزنی MOF، مقدار شار عبوری از غشا 1525.37 کیلوگرم بر مترمربع در ساعت است که نشان از نفوذپذیری بسیار بالای غشای MOF/PVDF در حین انجام تست در دستگاه جریان عرضی می باشد. نسبت بازیابی شار نیز تا 80 درصد افزایش پیدا کرد. به منظور بررسی عملکرد ضد گرفتگی غشای اصلاح شده، شاخص های مقاومت در برابر گرفتگی با استفاده از پساب خروجی از راکتور زیستی Jet loop-airlift با کدورت NTU11، به عنوان عامل گرفتگی ارزیابی شد. غشای TMU-5 /PVDF با مقدار 3/0 درصد وزنی از TMU-5، بالاترین آبدوستی با میزان زاویه تماس ° 93/66 و کمترین مقاومت گرفتگی برگشت ناپذیر به میزان 55/4 % را از خود نشان داد. به عنوان نتیجه گیری نهایی غشاهای MOF/PVDF خاصیت انتخاب پذیری و ضد گرفتگی خوبی را در طول آزمایشات میکروفیلتراسیون در دراز مدت از خود نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation and characterization of antifouling mixed matrix microfiltration membranes modified by metal-organic frameworks (TMU-5 MOFs) and its performance in a membrane bioreactor (MBR)

نویسندگان [English]

  • Foad Gholami 1
  • Sirus Zinadini 2
  • Ali akbar Zinatizadeh 3
  • Mahya Samari 4
1 PhD Scholar, Water and Wastewater Research Center (WWRC), Department of Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, Razi University, Kermanshah, Iran
2 Assist. Professor, Water and Wastewater Research Center (WWRC), Department of Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, Razi University, Kermanshah, Iran.
3 Professor, Water and Wastewater Research Center (WWRC), Department of Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, Razi University, Kermanshah, Iran.
4 M.Sc., Water and Wastewater Research Center (WWRC), Department of Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

This study presents the preparation, characterization and performance evaluation of antifouling mixed matrix microfiltration membranes. The main purpose of this study was to investigate the influences of metal-organic frameworks (MOFs) as nanofiller on the fabrication of polyvinylidene difluoride (PVDF) mixed matrix membrane prepared via the phase inversion method. The scanning electron microscopy (SEM) photographs displayed that the pore size and porosity of the prepared membranes was increased by adding of the MOF. By adding 0.3 wt% of the MOF, the pure water flux was maximized to be 1525.37 kg/ m2.h which was owing to the excellent permeability of the MOF/PVDF membrane during the long-term filtration in cross flow setup. The flux recovery ratio (FRR) was also increased up to 80%. In order to assess antifouling performance of the modified membrane, the fouling parameters was evaluated using the effluent from the jet loop-airlift reactor with the turbidity of 11NTU as a fouling factor. The 0.3 wt.% TMU-5 MOFs/PVDF membrane showed the high hydrophilicity with contact angle of 66.93° and the lowest irreversible fouling resistance (Rir) value of 4.55%. As a conclusion, the MOF/PVDF membranes represented good selectivity and antifouling properties during long-term microfiltration experiments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Metal-Organic frameworks (MOFs)
  • microfiltration membrane
  • PVDF polymer
  • high flux separation

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 09 تیر 1399
  • تاریخ دریافت: 01 خرداد 1399
  • تاریخ بازنگری: 28 خرداد 1399
  • تاریخ پذیرش: 01 تیر 1399