دانشگاه تربیت مدرس پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر 2588-5316 9 1 2025 03 21 Fabrication of Polyethersulfone Membrane Containing TiO2 Nanoparticles for Separation of Amoxicillin from Aqueous Solutions by Nanofiltration Process ساخت غشا پلی‌اترسولفون حاوی نانوذرات TiO2 جهت جداسازی آموکسی‌سیلین از محلول‌های آبی با فرایند نانو‌فیلتراسیون 35 47 28236 FA سهیلا عطایی کاشان، دانشگاه کاشان، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی شیمی، صندوق پستی ۵۳۱۵۳-۸۷۳۱۷ مصطفی وطنی کاشان، دانشگاه کاشان، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی شیمی، صندوق پستی ۵۳۱۵۳-۸۷۳۱۷ 0009-0006-8822-8369 Journal Article 2025 09 07 Abstract Research subject: The presence of antibiotics in drinking water sources indicates the inefficient removal of pharmaceutical compounds by conventional treatment methods, and the environmental consequences of their presence cannot be ignored. This research aims to fabricate a polyethersulfone nanofiltration membrane modified with titanium dioxide nanoparticles for the removal of amoxicillin from aqueous solutions. Research approach: In this study, pure polyethersulfone membranes and nanoparticle-modified membranes were fabricated using the phase inversion method. First, the base polymer concentration was optimized, and the membrane pore structure was controlled to achieve maximum separation performance. Subsequently, the selected membrane was modified with different nanoparticle loadings (0.2, 0.5, and 1 wt.%). A 22% polyethersulfone membrane with 79% rejection and a pure water flux of 1.19 l.m-2.h-1 was identified as the optimal membrane, and used for further modification. The membranes were characterized using FTIR, water contact angle, SEM, AFM, and XRD, along with evaluations of pure water flux and amoxicillin separation efficiency. Main results: FTIR analysis and contact angle measurements showed a significant increase in membrane hydrophilicity due to the presence of hydroxyl groups in the TiO2 structure. SEM images showed that nanoparticle incorporation increased membrane thickness and promoted the formation of small tear-like pores in the active layer, as well elongated pores in the substrate. These structural changes increased porosity and enhanced pure water flux from 1.19 to a maximum of 53.04 l.m-2.h-1 for the membrane containing 1wt.% nanoparticles. AFM analysis further revealed increased surface roughness with nanoparticle addition. The membrane containing 0.5 wt.% nanoparticles exhibited optimal performance, with a flux of 27.32 l.m-2.h-1 and a rejection of 85.72%. Overall, the results demonstrate that nanocomposite membranes show strong potential for the removal of non-biodegradable contaminants, such as amoxicillin, from water sources. موضوع تحقیق: حضور آنتی‌بیوتیک‌ها در منابع آب آشامیدنی، نشان‌دهنده حذف ناکارآمد ترکیبات دارویی با روش‌های تصفیه‌ی مرسوم است که پیامدهای زیست‌محیطی حضور آن‌ها را نمی‌توان نادیده گرفت. هدف از انجام این پژوهش ساخت غشای نانوفیلتراسیون پلی‌اترسولفون اصلاح‌شده با نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم، برای حذف آموکسی‌سیلین از محلول‌های آبی است. روش تحقیق: در این مطالعه غشاهای پلی‌اترسولفون خالص و غشاهای همراه با افزودنی نانوذرات با روش وارونگی فازی ساخته شد. ابتدا، غلظت پلیمر پایه بهینه شد و ساختار منافذ غشا برای دستیابی به حداکثر عملکرد جداسازی کنترل گردید. سپس غشای انتخاب‌شده با درصدهای مختلف نانوذره (2/0، 5/0 و1 درصد وزنی) اصلاح شد. غشای پلی‌اترسولفون 22 درصد با 79 درصد دفع و شار آب خالصl.m-2.h-1 19/1 به‌عنوان غشای بهینه شناسایی و برای اصلاحات بیشتر مورد استفاده قرار گرفت. غشاها با استفاده از FTIR، زاویه تماس آب،SEM ، AFM و XRD همراه با ارزیابی شار آب خالص و راندمان جداسازی آموکسی‌سیلین، مشخصه‌یابی شد. نتایج اصلی: آزمون FTIR و اندازه‌گیری زاویه تماس نشان داد که آب‌دوستی غشاها، به‌دلیل حضور گروه هیدروکسیل در ساختار TiO2 به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته‌ است. تصاویر SEM نشان داد که افزودن نانوذرات، ضخامت غشا را افزایش داده و تشکیل منافذ کوچک اشک‌مانند در لایه فعال و همچنین منافذ کشیده در زیرلایه را افزایش می‌دهد. این تغییرات ساختاری، تخلخل را افزایش داده و شار آب خالص را از l.m-2.h-1 1/19 به حداکثرl.m-2.h-1 53/04 برای غشای حاوی ۱ درصد وزنی نانوذرات افزایش می‌دهد. همچنین آنالیز AFM افزایش زبری سطح را با افزودن نانوذرات نشان داد. غشای حاوی 0/5 درصد وزنی نانوذرات، عملکرد بهینه‌ای با شار l.m-2.h-1 27/32 و دفع85/72 درصد نشان داد. به طور کلی، نتایج نشان می‌دهد که غشاهای نانوکامپوزیتی پتانسیل بالایی را برای حذف آلاینده‌های غیرقابل تجزیه زیستی، مانند آموکسی‌سیلین، از منابع آب نشان می‌دهند.

https://arcpe.modares.ac.ir/article_28236_c285f04c817cbc11e0ef4e9892ebc6fa.pdf