توصيفگر ها :
غشاي پلي (وينيل كلرايد) , غشاهاي ماتريس مختلط , نانوذرات ايميدازول زئوليتي-8 (ZIF-8) , حذف فلزات سنگين , جذب مس
چكيده فارسي :
استفاده از غشاهاي پليمري براي جداسازي فلزات سنگين از پساب به عنوان يك روش نوآورانه و مؤثر شناخته ميشود. اين فناوري به دليل مزاياي قابل توجهي مانند هزينه پايين، مصرف انرژي كم و سازگاري با محيطزيست، براي صنايع مختلف بسيار جذاب است. امروزه نياز به غشاهايي با ويژگيهاي مطلوب از جمله عبوردهي بالا، گزينشپذيري مناسب، و پايداري شيميايي، مكانيكي و حرارتي مناسب، منجر به توسعه غشاهاي زمينه مركب شده است. در اين پژوهش، غشاهاي زمينه مختلط بر پايه پلي(وينيلكلرايد) (PVC) با گريد E6834 حاوي نانوذرات ايميدازول زئوليتي-8 (ZIF-8) از خانواده چارچوبهاي آلي-فلزي تهيه شده و مورد ارزيابي قرار گرفتند. بدين منظور، از 2-متيل ايميدازول و روي نيترات 6 آبه در حلال متانول جهت سنتز نانوذرات ZIF-8 در دماي اتاق استفاده شد و جهت مشخصهيابي نانوذرات سنتز شده از آزمونهاي XRD، FTIR، BET وFE-SEM بهره گرفته شد. غشاهاي زمينه مختلط PVC حاوي غلظتهاي مختلف ZIF-8 به روش NIPS تهيه شدند. بهمنظور بررسي تأثير نانوذرات ZIF-8 بر ساختار و عملكرد غشاها، آزمونهايي نظير FTIR، AFM، FE-SEM، EDS و همچنين آزمونهاي زاويه تماس، عبوردهي آب خالص، استحكام كششي و تخلخلسنجي انجام شد. عبوردهي آب خالص توسط غشاها به دليل تغيير در زبري سطح و خاصيت آبگريزي از (Kg/(m^2 h)) 5/126 در غشاي خالص به (Kg/(m^2 h)) 3/543 در غشا PVC ZIF-8 0.75% wt افزايش يافت. همچنين، جذب استاتيك و ديناميكي غشاها توسط خوراك حاوي مس(II) مورد بررسي قرار گرفت و نتايج نشان داد كه غشاهاي حاوي 75/0درصد وزني از نانوذرات ZIF-8 قادر به حذف 92 درصدي فلز مس بودند. همچنين فرآيند جذب يونهاي مس توسط اين غشا از ايزوترم لانگموير پيروي ميكرد كه نشاندهندهي تكلايهاي بودن جذب بر روي سطح فعال يكنواخت غشا است. در نهايت، به منظور شستشو و احياي غشاها، از محلول اسيدي با 3= pHبه مدت 15 دقيقه استفاده و پس از آن فيلتراسيون آب خالص انجام شد. سپس فيلتراسيون مس مورد بررسي قرار گرفت. بر اساس نتايج به دست آمده، غشاي حاوي 75/0درصد وزني از نانوذرات به عنوان بهترين گزينه در ميان غشاهاي مورد مطالعه انتخاب شد.
چكيده انگليسي :
Polymeric membranes have emerged as a promising solution for the removal of heavy metals from wastewater, offering an efficient and environmentally friendly alternative to conventional treatment methods. Their advantages, such as low operational cost and energy consumption, have made them highly appealing for industrial applications. However, achieving membranes with a balanced combination of high permeability, selectivity, and chemical and mechanical stability remains a key challenge. In this work, poly(vinyl chloride) (PVC) membranes were fabricated using E6834-grade PVC sourced from Arvand Petrochemical Company. To enhance membrane performance, ZIF-8 nanoparticles—a type of metal-organic framework—were synthesized at room temperature using 2-methylimidazole and zinc nitrate hexahydrate in methanol. The nanoparticles were characterized by XRD, FTIR, BET, and FE-SEM. Mixed matrix membranes containing different ZIF-8 loadings were prepared using the NIPS method. Structural and performance changes due to ZIF-8 incorporation were studied through FTIR, AFM, FE-SEM, EDX, water contact angle, pure water flux, tensile strength, and porosity analyses. The addition of 0.75 wt% ZIF-8 led to a notable increase in water flux, reaching 543.3 Kg/(m²•h), compared to 126.5 Kg/(m²•h) in the pristine membrane. Static and dynamic adsorption tests using Cu(II)-contaminated feed revealed that the 0.75 wt% ZIF-8 membrane achieved up to 92% copper removal. The adsorption behavior followed the Langmuir isotherm, suggesting monolayer adsorption on a uniform surface. Membrane regeneration was successfully performed using an acid solution (pH 3), followed by clean water and copper solution filtration cycles. Among all tested membranes, the one with 0.75 wt% ZIF-8 demonstrated the best overall performance for copper ion removal.