توصيفگر ها :
اولترافيلتراسيون , پلي (اتر سولفون) , گرفتگي , اصلاح‌سطح غشا , پيروليز اسپري شعله , آب‌دوستي , جداسازي آب و روغن , جدايش فاز با القاي گرمايي
چكيده فارسي :
افزايش چشمگير ورود پساب‌هاي روغني به محيط‌زيست و پيامدهاي زيان‌بار آن بر بوم‌سازگان، تصفيه اين پساب‌ها را به امري ضروري بدل كرده است. در ميان فناوري‌هاي مختلف، فرآيند غشايي اولترافيلتراسيون به دليل مزاياي فراوان ازجمله راندمان بالاي جداسازي آلاينده‌ها، مصرف انرژي پايين و هزينه‌هاي نگهداري و استهلاك كم، براي تصفيه پساب‌هاي آلوده به مواد روغني بسيار موردتوجه قرارگرفته است. در ميان انتخاب‌هاي متنوع جنس غشا، پلي (اترسولفون) به دليل خواص فيزيكي و شيميايي مناسب، گزينه‌اي مناسب محسوب مي‌شود. بااين‌حال، اين غشاها با چالش نامطلوب رسوب و گرفتگي روبرو هستند. اگرچه روش‌هاي مختلفي براي اصلاح سطح غشا و بهبود خواص آب‌دوستي آن وجود دارد، اما استفاده از روش پيروليز اسپري شعله (FSP) تاكنون براي اصلاح سطح غشاهاي پليمري گزارش نشده است. اين روش مي‌تواند يك رويكرد نوين و كارآمد براي افزايش آب‌دوستي و بهبود عملكرد غشاهاي پلي(اترسولفون) در برابر رسوب و گرفتگي باشد. بنابراين بررسي امكان‌سنجي و كاربرد اين فناوري جديد براي اصلاح غشاهاي پليمري، از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. بدين منظور ابتدا، غشاهاي پلي (اترسولفون) خام، به روش جدايش فاز با القاي گرمايي با تركيب درصد ثابت در دماهاي مختلف حمام انعقاد ساخته شد تا ساختاري اسفنجي و با تأييدي از تصاوير SEM به دست آيد و سپس با استفاده از روش پيروليز اسپري شعله، توسط نانو ذرات سيليكا اصلاح شدند. جهت مشخصه‌يابي سطح اصلاح‌شده و مقايسه آن با غشا خام، آزمون سنجش تخلخل،آزمون اندازه‌گيري دفع مولكولي MWCO ، آزمون طيف‌سنجي مادون‌قرمز تبديل فوريه سطحي، آزمون زاويه تماس و تصاوير FE-SEM تهيه شد. همين‌طور جهت ارزيابي عملكرد غشاء، اندازه‌گيري شار آب خالص تراوش يافته، ميزان گرفتگي غشاء با محلول شير خشك و آب، ميزان حذف روغن از آب و آزمون كدورت بررسي شدند. نتايج به‌دست‌آمده حاكي از افزايش قابل‌توجه آب‌دوستي غشاهاي اصلاح‌شده با استفاده از نانو ذرات سيليكا توليدشده با روش پيروليز اسپري شعله بوده. توليد سطحي فوق آب‌دوست از ذرات نانوذرات سيليكا بر روي سطح كه منجر به كاهش زاويه تماس آب خالص از مقدار 90 به 0 درجه براي غشاهاي اصلاح‌شده بود. افزايش نسبت بازيابي شار آب خالص از 39.8 درصد به 69.5 در غشاي بهينه و همچنين كاهش ميزان گرفتگي برگشت‌ناپذير غشاها پس از اصلاح سطح از 56 به 28 درصد در غشاي بهينه، كه نمايانگر بهبود خاصيت ضد گرفتگي غشاها است. نتايج آزمون دفع مولكولي نشانگر كاهش اندازه حفرات غشا و درنتيجه كاهش شار آب خالص پس از اصلاح سطح بود. همچنين آزمون عملكرد در شرايط عملياتي و با خوراك آب و روغن نيز، بيانگر عملكرد قابل‌توجه غشاهاي اصلاح‌شده جهت حذف كدورت و جداسازي بالاي 99 درصدي براي جداسازي آب و روغن بود.
چكيده انگليسي :
The significant increase in oily wastewater discharge into the environment and its detrimental effects on ecosystems have made the treatment of these effluents essential. Among various technologies, the ultrafiltration membrane process has gained considerable attention for treating oil-contaminated wastewater due to its numerous advantages, including high pollutant separation efficiency, low energy consumption, and low maintenance and depreciation costs. Among the diverse membrane material options, poly (ether sulfone) is considered a suitable choice due to its favorable physical and chemical properties. However, these membranes face the undesirable challenge of fouling and clogging. Although various methods exist for modifying membrane surfaces and improving their hydrophilicity, the use of flame spray pyrolysis (FSP) has not yet been reported for modifying polymeric membrane surfaces. This method could be a novel and efficient approach to increase hydrophilicity and improve the performance of poly (ether sulfone) membranes against fouling and clogging. Therefore, investigating the feasibility and application of this new technology for modifying polymeric membranes is of particular importance. For this purpose, first, raw poly (ether sulfone) membranes were fabricated using the thermally induced phase separation method with a fixed composition at different coagulation bath temperatures to obtain a spongy structure, confirmed by SEM images. Then, they were modified using flame spray pyrolysis with silica nanoparticles. To characterize the modified surface and compare it with the raw membrane, porosity measurement, molecular weight cut-off (MWCO) measurement, surface Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), contact angle test, and FE-SEM images were prepared. Additionally, to evaluate membrane performance, pure water flux measurement, membrane fouling with milk powder and water solution, oil removal from water, and turbidity tests were conducted. The results showed a significant increase in the hydrophilicity of membranes modified using silica nanoparticles produced by flame spray pyrolysis. The production of a super hydrophilic surface from silica nanoparticles on the surface led to a decrease in the pure water contact angle from 90 to 0 degrees for modified membranes. The pure water flux recovery ratio increased from 39.8% to 69.5% in the optimized membrane, and the irreversible fouling rate decreased from 56% to 28% in the optimized membrane after surface modification, indicating improved anti-fouling properties of the membranes. Molecular rejection test results indicated a reduction in membrane pore size and consequently a decrease in pure water flux after surface modification. Furthermore, performance tests under operational conditions with oil-water feed also demonstrated the significant performance of modified membranes in removing turbidity and achieving over 99% separation for oil-water separation.
