تأثیر شوری بر عملکرد غشاهای اکسیدگرافن فسفره لایه‌ای در جداسازی امولسیون آب و روغن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی تجزیه، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 گروه شیمی تجزیه، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.

چکیده
موضوع تحقیق: آلودگی منابع آبی در سطح جهانی از رشد نگران‌کننده‌ای برخوردار است. در این میان، پساب‌های حاوی آلاینده‌های روغنی به عنوان چالش عمده زیست‌محیطی مطرح هستند. برای مقابله با این مشکل، روش‌های تصفیه متنوعی توسعه یافته‌اند که از جمله مؤثرترین آن‌ها می‌توان به فناوری جداسازی غشایی اشاره کرد. همچنین، تاکنون، بخش عمده‌ای از مطالعات در حوزه جداسازی غشایی بر مخلوط‌های دوفازی ساده روغن-آب متمرکز بوده و تأثیر پارامتر شوری بر عملکرد غشاها به طور جامع مورد بررسی قرار نگرفته است. حضور نمک‌ها می‌تواند به طور اساسی سازوکار‌های گرفتگی و نفوذپذیری غشاها را تغییر دهد. باوجود پیشرفت‌های قابل توجه در طراحی و ساخت غشاهای جداسازی روغن-آب، دستیابی به شار آب بالا، حذف مطلوب روغن و عملکرد ضدگرفتگی همچنان چالشی دشوار به شمار می‌رود.
روش تحقیق: در این پژوهش، غشاهای نانوکامپوزیتی لایه‌ای با بهره‌گیری از نانوصفحات اکسیدگرافن عامل‌دار شده با فسفر (P-GO) و از طریق روش خودآرایی لایه‌به‌لایه تحت فشار طراحی و ساخته شدند. فرایند عامل‌دار کردن GO با استفاده از اسیدفسفریک منجر به تشکیل ساختار P-GO با افزایش قابل توجه در محتوای گروه‌های عاملی حاوی اکسیژن شد. در مرحله بعد، این نانوصفحات مهندسی‌شده بر روی بستری از جنس پلی‌اترسولفون (PES)که پیش‌تیمار آن با پلی‌دوپامین (PDA) به منظور بهبود چسبندگی و سازگاری انجام شده بود، در سه غلظت متفاوت (۲۵، ۵۰ و ۱۰۰ میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) رسوب‌دهی شدند تا تأثیر غلظت نانوصفحات بر عملکرد نهایی غشا مورد ارزیابی قرار گیرد.
نتایج اصلی: بر اساس نتایج آزمایش‌ها، غشای mP-GO50 جذب آب مطلوب (87.61%)، تراوایی آب مطلوب (شار خروجی) 81.66 لیتر بر مترمربع ساعت و حذف99.6% روغن گیاهی را نشان داد. ضمناً، به دلیل بار منفی بالاتر P-GO، خواص ضدگرفتگی بهبودیافته‌ای را ارائه کرد و پس از ده چرخه، مقدار95.5% حذف روغن را حفظ کرد. همچنین، تأثیر افزودن غلظت‌های مختلف NaCl (0، 25، 50 و 100 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) به محلول خوراک بررسی شد. با افزایش غلظت NaCl، توانایی حذف روغن در غشایmP-GO50  1.49% کاهش یافت، اما غشای mP-GO50 همچنان در بالاترین مقدار غلظت نمک (100 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) با حذف98.12% عملکرد مطلوبی نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Impact of Salinity on the Performance of Lamellar Phosphorylated Graphene Oxide Membranes in Water-Oil Emulsion Separation

نویسندگان English

Mahya Akram 1
Leila Naji 2
Leila Ghadiri 1
1 Analytical Chemistry Group, Chemistry Department, AmirKabir University of Technology (Polytechnic)
2 Analytical Chemistry Group, Faculty of Chemistry, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

Research subject: Water source pollution on a global scale exhibits a concerning growth trend. Among these, effluents containing oil pollutants present a major environmental challenge. To address this issue, various purification methods have been developed, with membrane separation technology being one of the most effective. Furthermore, a significant portion of research in membrane separation has thus far concentrated on simple oil-water two-phase mixtures, and the impact of salinity parameters on membrane performance has not been comprehensively investigated. The presence of salts can fundamentally alter the fouling mechanisms and permeability of membranes. Despite considerable advancements in the design and fabrication of oil-water separation membranes, achieving high water flux, satisfactory oil removal, and anti-fouling performance remains a formidable challenge.
Research approach: In this research, layered nanocomposite membranes were designed and fabricated utilizing phosphorous-functionalized graphene oxide nanosheets (P-GO) through a pressure-assisted layer-by-layer self-assembly method. The functionalization process of GO using phosphoric acid resulted in the formation of the P-GO structure with a significant increase in the content of oxygen-containing functional groups. Subsequently, these engineered nanosheets were deposited onto a polyethersulfone (PES) substrate, which had been pre-treated with polydopamine (PDA) to enhance adhesion and compatibility, at three different concentrations (25, 50, and 100 mg/mL) in order to evaluate the effect of nanosheet concentration on the final membrane performance.
Main results: Based on the experimental results, the mP-GO50 membrane exhibited optimal water absorption (87.61%), desirable water permeability (output flux of 81.66 L/m²·h), and 99.6% vegetable oil removal, while also demonstrating improved anti-fouling properties due to the higher negative charge of P-GO, maintaining 95.5% oil removal after ten cycles. Additionally, the effect of adding different NaCl concentrations (0, 25, 50, and 100 mg/mL) to the feed solution was investigated. With increasing NaCl concentration, the oil removal capability of the mP-GO50 membrane decreased by 1.49%, but it still showed favourable performance with 98.12% oil removal at the highest salt concentration (100 mg/mL).

کلیدواژه‌ها English

Phosphorylated graphene oxide
Layered membrane
Water-oil separation
Salinity effect
Anti-fouling

  • تاریخ دریافت 10 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 06 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 08 دی 1404
  • تاریخ اولین انتشار 08 دی 1404
  • تاریخ انتشار 01 آبان 1404