1887
لظهور النص العربي بالشكل الصحيح، انقر على
ARأعلى الشاشة وتحويلها الى  EN 
Volume 2020, Issue 2
  • EISSN: 2708-0463

Abstract

يمكن أن تمثل المعالجة السليمة لمياه الصرف الصناعي مصدرًا مهمًا للمياه العذبة التي يمكن إعادة استخدامها في العديد من تطبيقات المياه. على سبيل المثال، تعد تكنولوجيا الأغشية قادرة على القيام بمعالجة فعالة لتقليل محتوى الزيت في مياه الصرف الصناعي إلى مستوى مقبول. وتتمتع الأغشية البوليمرية التجارية الحالية بسهولة التصنيع وكفاءة فصل الزيت، ولكنها تعاني من تدهور الأداء مع الوقت والانسداد السريع. في هذه الورقة البحثية، نستعرض تصميم وتصنيع أغشيةٍ للترشيح الفائق تتكون من خليط البولي سيلفون وتركيزات قليلة من أكسيد الغرافين المعالج، واختبار هذه الأغشية في فصل الزيت من مياه الصرف الصناعي. في البداية، قمنا بمعالجة أكسيد الغرافين بمركبات عضوية تحتوي على المجموعات الأمينية والكربوكسيلية العضوية، وتم فحص التركيب الهيكلي ومكونات أكسيد الغرافين المعالج بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) المشتمل على مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX). وبعد ذلك، تم تصنيع عدد من أغشية مختلطة تحتوي على كميات قليلة من أكسيد الغرافين بما يعادل 0.05%، 0.1%، 0.2%، 0.4%، 0.8% بالوزن من كمية البولي سيلفون باستخدام تقنية الانقلاب الطوري (Phase Inversion). وقد أظهرت الأغشية المحتوية على أكسيد الغرافين المعالج قدرة عالية على التخلص من الزيت وخصائص ميكانيكية ممتازة مقارنة بالأغشية المصنعة من مادة البولي سيلفون فقط. كما توصلنا إلى أن كمية أكسيد الغرافين المعالج بالأغشية تؤثر بشكل كبير في خصائصها من معدل تدفق المياه خلالها، والتخلص من الزيت، ومقاومة ترسب المادة العضوية والبيولوجية على سطحها. كما توصلنا إلى أن التركيز المثالي من أكسيد الغرافين المعالج يتراوح بين 0.1-0.2% من وزن البولي سيلفون. وبما أن هذا المقدار الضئيل من أكسيد الغرافين المعالج لا يؤثر في تكلفة تصنيع الأغشية، ولا يغير من خصائص اللزوجة لمحلول خليط أكسيد الغرافين المعالج مع البولي سيلفون، فإنه لا يتطلب تغيير عملية التصنيع التجارية الحالية. في الختام، تشير نتائج الدراسة إلى أن الأغشية التي تحتوي على أكسيد الغرافين المعالج هي أغشية واعدة جدًا للاستخدام في عمليات معالجة المياه كفصل الزيت من الماء ويمكن أن تكون بمنزلة أساس للمعالجة المتقدمة لتيارات مياه الصرف الصناعي.

Proper treatment of oily wastewater streams can constitute a reusable water source. Membrane technology can provide an efficient treatment process to reduce the oil content in the water stream to an acceptable level. Current commercial polymeric membranes combine ease of fabrication and separation efficiency but suffer from bio and organic fouling. In this paper, we discuss the design, fabrication, characterization, and testing of ultrafiltration (UF) mixed matrix membranes (MMM) for separation of water-oil emulsion by incorporation of small concentrations of functionalized graphene oxide (fGO) into polysulfone (PS) matrix. fGO is synthesized by functionalizing graphene oxide (GO) with amine and carboxylic groups, and the functionalization was confirmed EDX. Subsequently, the PS-MMMs containing 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, and 0.8 wt.% of fGO were fabricated via phase inversion process. The fabricated membrane showed enhanced hydrophilicity and mechanical properties compared to the pristine PS membrane. The loading of f-GO in the MMMs dictates the membrane hydrophilicity and separation performance with low f-GO loading of 0.1 - 0.2 wt.% demonstrating the biggest improvement in water flux, oil rejection, and biofouling resistance relative to the pristine PS membrane. This low concertation does not impact the cost of the membrane nor the rheological properties of the PS-fGO solution and, therefore, does not require alteration of the current commercial fabrication process. In conclusion, our results indicate that MMMs based on functionalized graphene oxide are very promising for water oil separation and can serve as the basis of advanced treatment of oily wastewater streams.

Loading

Article metrics loading...

/content/journals/10.5339/ajsr.2020.7
2020-11-15
2020-11-29
Loading full text...

Full text loading...

/deliver/fulltext/ajsr/2020/2/ajsr.2020.7.html?itemId=/content/journals/10.5339/ajsr.2020.7&mimeType=html&fmt=ahah

References

  1. Qadir D, Mukhtar H, Keong LK. Mixed Matrix Membranes for Water Purification Applications.Separation & Purification Reviews. 2017;46(1):62-80 .
  2. Boretti A, Rosa L. Reassessing the Projections of the World Water Development Report. NPJ Clean Water. 2019;2(1):1-6 .
  3. Leaper S, Abdel-Karim A, Faki B, et al. Flux-enhanced PVDF Mixed Matrix Membranes Incorporating APTS-functionalized Graphene Oxide for Membrane Distillation. Journal of Membrane Science. 2018;554:309-23 .
  4. Diraki A, Mackey H, McKay G, et al. Removal of Oil from Oil-water Emulsions using thermally Reduced Graphene and Graphene Nanoplatelets. Chemical Engineering Research and Design. 2018;137:47-59 .
  5. Tansel B. New Technologies for Water and Wastewater Treatment: A Survey of Recent Patents. Recent patents on chemical engineering. 2008;1(1):17-26 .
  6. Holmes OW. Water Words Dictionary. Compare: A Journal Of Comparative Education. 1993(775) .
  7. Saleh TA, Gupta VK. Chapter 3 - Membrane Classification and Membrane Operations. In: Saleh TA, Gupta VK, editors. Nanomaterial and Polymer Membranes. Amsterdam: Elsevier; 2016. p. 55-82 .
  8. Saleh TA, Gupta VK. Chapter 1 - An Overview of Membrane Science and Technology. In: Saleh TA, Gupta VK, editors. p. 1-23 .
  9. Yin J, Deng B. Polymer-matrix Nanocomposite Membranes for Water Treatment. Journal of Membrane Science. 2015;479:256-275 .
  10. Song N, Gao X, Ma Z, et al. A Review of Graphene-based Separation Membrane: Materials, Characteristics, Preparation and Applications. Desalination. 2018;437:59-72 .
  11. Werber J, Osuji C, Elimelech M. Materials for Next-Generation Desalination and Water Purification Membranes. Nature Reviews Materials. 2016;1(16018):1-5 .
  12. Liu S, Zeng TH, Hofmann M, et al. Antibacterial Activity of Graphite, Graphite Oxide, Graphene Oxide, and Reduced Graphene Oxide: Membrane and Oxidative Stress. ACS Nano. 2011;5(9):6971-80 .
  13. J. Hou, Y. Chen, W. Shi, et al. Graphene oxide / methylene blue composite membrane for dyes separation: Formation mechanism and separation performance. Applied Surface Science. 2019, pp. 144145-144145, 2020 .
  14. Zhang G, Zhou M, Xu Z, et al. Guanidyl-functionalized Graphene/ Polysulfone Mixed Matrix Ultrafiltration Membrane with Superior Permselective, Antifouling and Antibacterial Properties for Water Treatment. Journal of Colloid and Interface Science. 2019;540:295-305 .
  15. Abdalla O, Wahab MA, Abdala A. Mixed Matrix Membranes Containing Aspartic Acid Functionalized Graphene Oxide for Enhanced Oil-water Emulsion Separation. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2020;8(5):104269 .
  16. Herrera-Alonso M, Abdala AA, McAllister MJ, et al. Intercalation and Stitching of Graphite Oxide with Diaminoalkanes. Langmuir. 2007;23(21):10644-9 .
  17. Monajati M, Borandeh S, Hesami A, et al. Immobilization of l-asparaginase on Aspartic Acid Functionalized Graphene Oxide Nanosheet: Enzyme Kinetics and Stability Studies. Chemical Engineering Journal. 2018;354:1153-63 .
  18. García-Fernández L, Khayet M, García-Payo MC. 11 - Membranes Used in Membrane Distillation: Preparation and Characterization. In: Basile A, Figoli A, Khayet M, editors. Pervaporation, Vapour Permeation and Membrane Distillation. Oxford: Woodhead Publishing; 2015. p. 317-59 .
  19. Sali S, Mackey H, Abdala A. Effect of Graphene Oxide Synthesis Method on Properties and Performance of Polysulfone-Graphene Oxide Mixed Matrix Membranes. Nanomaterials. 2019;9:769 .
  20. Abdalla O, Wahab MA, Abdala A. Data on Characterization and Performance of Aspartic Acid Functionalized Graphene Oxide-polysulfone Mixed Matrix Membranes. Data in Brief. 2020;32:106197 .
  21. Long WJ, Gu Yc, Xiao BX, et al. Micro-mechanical Properties and Multi-scaled Pore Structure of Graphene Oxide Cement Paste: Synergistic Application of Nanoindentation, X-ray Computed Tomography, and SEM-EDS Analysis. Construction and Building Materials. 2018;179:661-74 .
  22. Nguyen HTV, Ngo THA, Do KD, et al. Preparation and Characterization of a Hydrophilic Polysulfone Membrane Using Graphene Oxide. Journal of Chemistry. 2019;2019:1-10 .
  23. Xu Z, Zhang J, Shan M, et al. Organosilane-functionalized Graphene Oxide for Enhanced Antifouling and Mechanical Properties of Polyvinylidene Fluoride Ultrafiltration Membranes. Journal of Membrane Science. 2014;458:1-13 .
  24. Zhao H, Wu L, Zhou Z, et al. Improving the Antifouling Property of Polysulfone Ultrafiltration Membrane by Incorporation of Isocyanate-treated Graphene Oxide. Physical Chemistry Chemical Physics. 2013;15(23):9084-92 .
  25. Ammar A, Al-Enizi AM, AlMaadeed MA, et al. Influence of Graphene Oxide on Mechanical, Morphological, Barrier, and Electrical Properties of Polymer Membranes. Arabian Journal of Chemistry. 2016;9(2):274-86 .
  26. Zinadini S, Zinatizadeh AA, Rahimi M, et al. Preparation of A Novel Antifouling Mixed Matrix PES Membrane by Embedding Graphene Oxide Nanoplates. Journal of Membrane Science. 2014;453:292-301 .
  27. Zhang J, Xin Q, Li X, et al. Mixed Matrix Membranes Comprising Aminosilane-functionalized Graphene Oxide for Enhanced CO2 Separation. Journal of Membrane Science. 2019;570-571:343-54 .
  28. Hu X, Yu Y, Zhou J, et al. The Improved Oil/Water Separation Performance of Graphene Oxide Modified Al2O3 Microfiltration Membrane. Journal of Membrane Science. 2015;476:200-4 .
  29. Zhang R, Liu Y, He M, et al. Antifouling Membranes for Sustainable Water Purification: Strategies and Mechanisms. Chemical Society Reviews. 2016;45(21):5888-924 .
http://instance.metastore.ingenta.com/content/journals/10.5339/ajsr.2020.7
Loading
/content/journals/10.5339/ajsr.2020.7
Loading

Data & Media loading...

This is a required field
Please enter a valid email address
Approval was a Success
Invalid data
An Error Occurred
Approval was partially successful, following selected items could not be processed due to error