ساخت، شناسايي و بررسي سازوكارهاي گرفتگي غشاهاي PVDF محتوي نانوذرات تيتانيم دي اكسيد

Preparation, Characterization and Analysis of Fouling Mechanisms of TiO2- Embedded PVDF Membranes

در پژوهش حاضر، غشاهاي متخلخل PVDF محتوي نانو­ذرات TiO2 به روش جدايي فاز با القاي ضدحلال ساخته شد. ساختار غشاها با استفاده از روش­ هاي FESEM ،EDX، اندازه­ گيري زاويه تماس، آزمون شار آب خالص و تعيين شعاع متوسط حفره­ ها شناسايي شد. نتايج نشان داد، تمام غشاها ساختار نامتقارن همراه با درشت حفره­ ها دارند و وجود نانوذرات TiO2 باعث افزايش اندازه حفره ­ها مي ­شود. افزون بر اين مشخص شد، مقدار شار آب خالص عبوري از غشاها با افزايش مقدار نانوذرات TiO2 افزايش مي ­يابد، به­ طوري كه مقدار آن از حدود 41kg/m2h براي غشاي %1 وزني TiO2 به 162kg/m2h در غشاي محتوي %5 وزني مي­ رسد. همچنين مشخص شد، اندازه زاويه تماس غشاها از حدود °100 براي غشاي %1 وزني TiO2به °69 براي غشاي محتوي %5 وزني كاهش مي ­يابد كه نشانگر افزايش آبدوستي غشاها با افزايش مقدار نانوذرات TiO2 است. همچنين، گرفتگي غشاها در فيلتركردن محلول %1 هيوميك اسيد مطالعه شد. نتايج نشان داد، وجود نانوذرات TiO2 باعث افزايش مقاومت در برابر گرفتگي غشاها مي ­شود. نتايج مربوط به مدل­ سازي گرفتگي غشاها با استفاده از مدل­ هاي كلاسيك نشان داد، سازوكار گرفتگي غشا­هاي 2 و 5% وزني TiO2 از نوع گرفتگي متوسط است، در حالي كه سازوكار غالب در ساير غشاها از نوع تشكيل كيك است. افزون بر اين، تحليل گرفتگي غشاها با استفاده از مدل­ هاي مركب نشان داد، مدل فيلتركردن كيك-گرفتگي متوسط براي تمام غشاها داده­ هاي حجم-زمان را با كمترين خطاي ممكن نسبت به ساير مدل­ هاي مركب برازش مي­ كند. در نهايت مشخص شد، مقدار پس­ زني هيوميك اسيد با افزايش مقدار TiO2 ابتدا افزايش و سپس كاهش مي ­يابد.

Titanium dioxide (TiO2)-embedded polyvinylidene fluoride (PVDF) mixed matrix membranes were prepared through a nonsolvent induced phase separation (NIPS) method. The structure of the membranes was characterized by FESEM, EDX, water drop contact angle measurement, pure water flux and mean pore radius analysis. The results showed that the prepared membranes had asymmetric structures with macro-voids and the presence of TiO2 nanoparticles increased the size of macro-voids. Moreover, pure water flux increased from 41 kg/m2h to 162 kg/m2h the content of TiO2 nanoparticles increased from 1 wt% to 5 wt% as embedded membrane. The contact angle dropped from 100° for 1 wt% TiO2- embedded membrane to 69° for 5 wt% TiO2-embedded membrane, showing that the hydrophilicity of membranes increased by addition of inorganic TiO2 nanoparticles. The fouling behavior oftheprepared mixed matrix membranes was studied in filtration process of 1% humic acid solution. The results showed that fouling resistance of the membranes increased with higher content of TiO2 nanoparticles. The results of classic fouling modeling of membranes showed that for 2 and 5 wt% TiO2-embedded membranes the best fit of the data occurred with the intermediate blockage model whereas cake formation model was the dominant mechanism for other membranes. Moreover, the analysis of fouling mechanisms by combined models showed that cake filtration-intermediate blockage model was in good agreement with the experimental data for all membranes. Finally, the results showed that the rejection of membranes increased with the addition of TiO2 nanoparticles, and then decreased.