جداسازي رنگ‌زاي راكتيو قرمز 120 از محلول آبي توسط غشاهاي نانوكامپوزيتيNiFe2O4-SiO2/ PVDF

Separation of Reactive Red 120 Dye from Aqueous Solution by NiFe2O4-SiO2/PVDF Nanocomposite Membranes

تخليه پساب‌هاي حاوي رنگ‌زاها از سوي صنايع مصرف‌كننده رنگ‌زاها، صدمات جبران‌ناپذيري را به محيط‌زيست و انسان وارد مي‌كند. امروزه استفاده از فناوري جداسازي غشايي به‌عنوان يك فناوري نوين و كاربردي در جداسازي رنگ‌زاها مطرح است. با اين ‌حال غشاهايي كه در تصفيه آب و پساب استفاده مي‌شوند از مشكلات رقابت تراوايي و انتخاب‌پذيري و نيز عمركوتاه به‌دليل گرفتگي رنج مي‌برند. از‌اين‌رو در اين پژوهش تلاش شد تا با افزودن نانوذرات NiFe2O4-SiO2 خواص آب‌دوستي و ضدگرفتگي غشاهاي پلي وينيليدن فلورايد (PVDF) بهبود و عملكرد آن در جداسازي رنگ‌زاي راكتيو از محلول آبي ارتقا يابد. به‌اين منظور ابتدا نانوذرات NiFe2O4-SiO2 به روش سل- ژل تهيه و سپس غشاهاي خالص و نانوكامپوزيتي NiFe2O4-SiO2/PVDF به روش وارونگي فازي مرطوب ساخته شد و عملكرد آنها بررسي شد. نانوذرات NiFe2O4-SiO2 با استفاده از طيف‌سنجي پراش اشعه ايكس (XRD) و طيف‌سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (FTIR) مشخصه‌يابي شدند. مورفولوژي غشا، زبري سطح، آب‌دوستي سطح، عملكرد جداسازي، تراوايي آب خالص، تخلخل و شعاع متوسط منافذ غشاها به‌ترتيب با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FESEM)، ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، آناليز زاويه تماس (CA) و آزمايش اندازه‌گيري تراوايي آب خالص (PWF) و روش وزن‌سنجي بررسي شد. محلول آبي حاوي ppm 30-10 رنگ‌زاي راكتيو قرمز 120 به‌عنوان پساب سنتزي استفاده شد. نتايج آناليز زاويه تماس نشان داد كه افزودن نانوذرات NiFe2O4-SiO2 به مقدار 3/0 درصد وزني به ماتريس پليمري زاويه تماس غشا از 5/77 درجه در غشاي خالص به 7/51 درجه در غشاي نانوكامپوزيتي رسيد كه نشان از افزايش آب‌دوستي غشا داشت. نتايج حاصل از AFM نشان داد كه با افزودن نانوذرات NiFe2O4-SiO2 در ماتريس PVDF، زبري سطح غشاها كاهش يافت. همچنين نتايج نشان داد كه غشاهاي نانوكامپوزيتي حاوي 3/0 درصد وزني نانوذرات NiFe2O4-SiO2 در مقايسه با ساير غشاهاي ساخته شده، با كارايي جداسازي بيش از 5/99 درصد داراي بهترين عملكرد در جداسازي رنگ‌زاي راكتيو قرمز 120 از محلول آبي است. كليدواژه‌ها غشاي نانوفيلتراسيون پلي وينيليدن فلورايد رنگ‌زاي راكتيو قرمز 120 NiFe2O4-SiO2

The discharge of dye-containing wastes by the dye-consuming industry causes irreparable damage to the environment and humans. Nowadays, the use of membrane separation technology is a new and applicable technology in dyes separation. However, membranes used in water and wastewater treatment suffer from problems such as permeability-selectivity trade-off as well as short life due to fouling. Therefore, in this study, we tried to improve the hydrophilicity and antifouling properties of polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes by adding NiFe2O4-SiO2 nanocomposite and improve its performance in reactive dye separation from aqueous solution. For this purpose, first NiFe2O4-SiO2 nanoparticles were prepared by sol-gel method and then pure and NiFe2O4-SiO2/PVDF nanocomposite membranes were fabricated by wet phase inversion method and their performance was evaluated. The synthesized nanoparticles were characterized by X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) methods. Membranes morphology, surface roughness, hydrophilicity of the membrane surface, separation performance, pure water flux, porosity and pore radius were characterized by field emission scanning electron microscopy (FESEM), atomic force microscopy (AFM), contact angle tests (CA), pure water flux test (PWF) and gravimetric methods, respectively. Aqueous solution containing 10-30 ppm reactive red 120 was used as test wastewater. The results of the contact angle analysis showed that by addition of 0.3 wt.% NiFe2O4-SiO2 nanoparticles to the polymer matrix, the membrane contact angle decreased from from 77.5° in the pure membrane to 51.7° in the nanocomposite membrane. It showed an increase in membrane hydrophilicity. AFM results showed that the surface roughness decreased as NiFe2O4-SiO2 content increased in PVDF matrix. It was also found that nanocomposite membrane containing 0.3 wt.% NiFe2O4-SiO2 nanoparticles has the best separation performance among the other fabricated membranes and this membrane can reject reactive red 120 dye from aqueous solution completely (99.5%).