اصلاح ساختاری غشای پلیمری پلی اتر سولفون با نانوذرات SiO2/ZIF-8 برای فرایند اسمز مستقیم

فرضیه:

 با وجود کاربرد گسترده غشاهای نانوفیلتری در فرایند اسمز مستقیم (FO)، پدیده قطبش غلظت درونی همچنان از مهم ترین چالش های این فرایند است. روش های مختلفی به منظور کاهش اثر این پدیده نامطلوب پیشنهاد شده است که یکی از آن ها بارگذاری نانوذرات آب دوست در ساختار غشاست. در این پژوهش، از نانوذرات SiO2/ZIF-8 برای بهبود ساختار و عملکرد غشاهای پلی اترسولفونی (PES) در فرایند اسمز مستقیم استفاده شده است.

ابتدا، غشای پلی اتر سولفون با روش وارونگی فاز تهیه شد. در مرحله بعد، نانوذرات ZIF-8 و SiO2/ZIF-8 به عنوان پرکننده در دمای محیط سنتز شدند. غشاهای کامپوزیتی لایه نازک به عنوان لایه رویی برای فرایند اسمز مستقیم با روش پلیمرشدن بین سطحی و از واکنش میان دو مونومر واکنش پذیر آلی (TMC) و آبی (MPD) به دست آمدند. در نهایت، برای ارزیابی نانوذرات و غشاهای ساخته شده، آزمون های اندازه گیری زاویه تماس، طیف نمایی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوبی الکترونی پویشی نشر میدانی (FE-SEM)، پراش سنجی پرتو X و اندازه گیری مقدار تخلخل غشا به کار گرفته شدند. همچنین، عملکرد غشاهای ساخته شده پایه و کامپوزیتی (غشایی که حداقل از دو ماده مختلف تشکیل شده است) و نانوکامپوزیتی لایه نازک با فرایندهای اسمز مستقیم و معکوس بررسی شد.  

نتایج حاکی از وجود مقدار کمی SiO2/ZIF-8 در غشاست که سبب افزایش آب دوستی و تخلخل آن شده و شار و پس زنی فرایند FO را نیز بهبود داده است. شار آب غشای اسمز مستقیم لایه نازک نانوکامپوزیتی به طور چشمگیری از 15.23L/m2.hبه 25.13L/m2.h افزایش یافت، زمانی که از محلول 10 میلی مولار و 2 مولار NaCl، به ترتیب به عنوان محلول خوراک (FS) و محلول اسمزی (DS) استفاده شد. بهبود شار آب اسمز مستقیم را می توان به کمترشدن مولفه ساختاری غشا (S) در زیرلایه اصلاح شده PES و کاهش قطبش غلظت درونی نسبت داد.