ساخت غشا پلی‌اترسولفون حاوی نانوذرات TiO2 جهت جداسازی آموکسی‌سیلین از محلول‌های آبی با فرایند نانو‌فیلتراسیون

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

کاشان، دانشگاه کاشان، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی شیمی، صندوق پستی ۵۳۱۵۳-۸۷۳۱۷

چکیده
چکیده
موضوع تحقیق: حضور آنتی‌بیوتیک‌ها در منابع آب آشامیدنی، نشان‌دهنده حذف ناکارامد ترکیبات دارویی با روش‌های معمول است که پیامدهای حضور آن‌ها در محیط قابل چشم‌پوشی نیست. یافتن راهی مناسب برای جداسازی این ترکیبات امری ضروری است. هدف از انجام این پژوهش ساخت غشا نانوفیلتراسیون پلی‌اترسولفون اصلاح‌شده با نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم، جهت حذف آموکسی‌سیلین از محلول‌های آبی است.
روش تحقیق: در این تحقیق غشا پلی‌اترسولفون خالص و غشا همراه با افزودنی نانوذرات با روش وارونگی فازی ساخته شدند. بدین منظور ابتدا بهینه‌سازی درصد پلیمر پایه و کنترل حفرات غشا جهت دست‌یابی به حداکثر جداسازی انجام شد. سپس غشا مناسب با درصدهای مختلف نانوذره (2/0، 5/0 و1 درصد وزنی) اصلاح گردید. غشا پلی‌اترسولفون 22 درصد با 79 درصد دفع و شار آب خالص l/m2.h 19/1 به عنوان غشا بهینه انتخاب و فرایندهای اصلاح بر روی این غشا انجام گردید. در ادامه مشخصه‌یابی غشاها با استفاده از آزمون‌های FTIR، زاویه تماس آب،SEM ، AFM و XRD انجام شده و همچنین بازده جداسازی آموکسی‌سیلین تعیین شد.
نتایج اصلی: نتایج آنالیز FTIR و اندازه‌گیری زاویه تماس نشان داد که آب‌دوستی غشاها به دلیل حضور گروه هیدروکسیل در ساختار TiO2 به طور قابل توجهی افزایش یافته‌است. نتایج تصاویر SEM نشان داد با افزودن نانوذرات، ضخامت و تشکیل منافذ کوچک اشک‌مانند در لایه فعال و همچنین طول حفرات اشک‌مانند در زیرلایه افزایش یافت. بدیهی است که این امر موجب افزایش تخلخل و در نتیجه افزایش شار آب خالص از l/m2.h 19/1 به مقدار بیشینه l/m2.h 04/53 (غشا با 1 درصد وزنی نانوذره) گردید. همچنین تصاویر AFM نیز نشان دادند که با افزایش نانوذرات، زبری سطح غشاهای سنتز شده افزایش یافته است. یافته‌ها نشان می‌دهند غشا حاوی 5/0 درصد نانوذره با شار l/m2.h 32/27 و دفع 72/85 درصد بهترین عملکرد را دارد. نتایج این مطالعه نشان داد که استفاده از غشاهای نانوکامپوزیتی برای حذف آلاینده‌های مقاوم در برابر تجزیه زیستی، مانند آنتی‌بیوتیک‌های آموکسی‌سیلین از منابع آب، امیدوار کننده و قابل استفاده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Fabrication of Polyethersulfone Membrane Containing TiO2 Nanoparticles for Separation of Amoxicillin from Aqueous Solutions by Nanofiltration Process

نویسندگان English

Soheila Ataei
Mostafa Vatani
Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kashan, P.O. Box 87317-53153, Kashan, Iran
چکیده English

Abstract
Research Subject: The presence of antibiotics in drinking water sources indicates the inefficient removal of pharmaceutical compounds by conventional methods, and the consequences of their presence in the environment cannot be ignored. The aim of this research is to fabricate a polyethersulfone nanofiltration membrane modified with titanium dioxide nanoparticles to remove amoxicillin from aqueous solutions.
Research Approach: In this research, pure polyethersulfone membranes and membranes with nanoparticles additives were fabricated by the phase inversion method. For this purpose, first, the percentage of the base polymer was optimized and the pores of the membrane were controlled to achieve maximum separation. Then, the appropriate membrane was modified with different percentages of nanoparticles (0.2, 0.5 and 1 wt%). A 22% polyethersulfone membrane with 79% rejection and a pure water flux of 1.19 l/m2.h was selected as the optimal membrane and then modification processes were performed on this membrane. Subsequently, the membranes were characterized using FTIR, water contact angle, SEM, AFM, and XRD techniques, as well as the pure water flux and amoxicillin separation efficiency.
Main Results: The results of FTIR analysis and contact angle measurements showed that the hydrophilicity of the membranes increased significantly due to the presence of hydroxyl groups in the TiO2 structure. The results of SEM images showed that the addition of nanoparticles increased the thickness and formation of small tear-like pores in the active layer, as well as the length of the tear-like pores in the substrate. Obviously, this increases the porosity and consequently the pure water flux from 1.19 to a maximum of 53.04 l/m2.h (membrane with 1wt% nanoparticles). Also, AFM images showed that the surface roughness of the synthesized membranes increased with the increase in nanoparticles. The findings show that the membrane containing 0.5% nanoparticles with a flux of 27.32 l/m2.h and a rejection of 85.72% has the best performance. The results of this study showed that the use of nanocomposite membranes for the removal of non-biodegradable contaminants such as amoxicillin antibiotics from water sources is promising.

کلیدواژه‌ها English

Separation
Membrane
Nanofiltration
Polyethersulfone
TiO2

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 21 بهمن 1404

  • تاریخ دریافت 16 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 01 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 10 آبان 1404
  • تاریخ اولین انتشار 21 بهمن 1404
  • تاریخ انتشار 21 بهمن 1404