فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال سی و چهارم شماره 4 (پیاپی 174، مهر و آبان 1400)

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال سی و چهارم شماره 4 (پیاپی 174، مهر و آبان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/24
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امیررضا اروانه، مهدی سادات شجاعی* صفحات 319-348

    مهم ترین چالش در انواع مهندسی بافت، طراحی داربست ها با خواص فیزیکی، مکانیکی و زیستی مشابه با ماتریس برون سلولی (ECM) بافت هدف است. در حالت ایده آل تکثیر مناسب سلول هم زمان با تخریب داربست و در نهایت بازسازی و ایجاد بافت مدنظر درون داربست اتفاق می افتد. استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر یا ترکیبی از این پلیمرها و سرامیک، فلزات یا کربن به ایجاد داربست ها با خواص مدنظر منجر می شود. تاکنون پلیمرهای طبیعی و سنتزی مختلفی بدین منظور پیشنهاد شده اند که پلی استرهای آلیفاتیک زیست تخریب پذیر و زیست سازگار به دلیل داشتن خواص قابل پیش بینی و تنظیم پذیر، یکی از بهترین ماتریس های پلیمری در طراحی داربست های استفاده شده در مهندسی بافت شناخته شده اند. به دلیل خواص منحصر به فرد این پلیمرها، تعداد پژوهش های انجام شده روی آن ها با هدف کاربرد در مهندسی بافت در حال افزایش است و بنابراین بررسی مروری اهداف و چالش های پیش رو ضروری به نظر می رسد. بر این اساس، هدف مقاله حاضر معرفی و بررسی پژوهش های انجام شده درباره پلی استرهای آلیفاتیک زیست تخریب پذیر پرکاربرد شامل پلی (لاکتیک اسید) (PLA)، پلی(گلیکولیک اسید) (PGA)، پلی (لاکتیک-co-گلیکولیک اسید) (PLGA)، پلی کاپرولاکتون (PCL) و خانواده پلی استرهای میکروبی پلی هیدروکسی آلکانوآت ها (PHA) به ویژه پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) و کوپلیمر پلی(3-هیدروکسی بوتیرات-3coهیدروکسی والرات) (PHBV) است. در این مقاله به طور ویژه روش های سنتز، خواص ساختاری، فیزیکی، مکانیکی و زیستی این پلیمرها بررسی می شود و با ارزیابی روش های متنوع اصلاح فیزیکی و شیمیایی گزارش شده در مقاله های پژوهشی سال های اخیر، به چگونگی غلبه بر چالش طراحی داربست مشابه با ECM پاسخ داده می شود. همچنین، درباره کاربرد این پلی استرها در مهندسی انواع بافت سخت و نرم از جمله استخوان، غضروف، رباط، تاندون، ماهیچه، طحال، قرنیه و پوست بحث می شود.

    کلیدواژگان: پلی استر، زیست تخریب پذیر، مهندسی بافت، ماتریس برون سلولی، زیست سازگار
  • محمد میرزامحمدی، سمانه کودزری فراهانی، فهیمه پرویزیان، سید محسن حسینی* صفحات 349-358
    فرضیه

    غشای لایه نازک نانوفیلتری با پلی(وینیل الکل) و نانوذرات کربن فعال عامل دار شده با کیتوسان اصلاح شد. اثر لایه سطحی تشکیل شده بر ساختار و خواص جداسازی غشاها بررسی شد.

    روش ها

    برای ارزیابی غشاها از میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، اندازه گیری مقدار آب، تخلخل و متوسط اندازه منفذ، پس زنی  سدیم کلرید و سدیم سولفات، شار آب و نسبت بازیابی شار غشا به منظور بررسی قابلیت ضدگرفتگی استفاده شد.

    یافته ها

    نتایج FTIR تشکیل گروه های هیدروکسیل و آمین را روی سطح غشاهای اصلاح شده تایید کرد. عکس های SEM تشکیل لایه ای یکنواخت را روی سطح غشاهای اصلاح شده نشان داد. همچنین در عکس های SEM نشان داده شد، افزودن نانوذرات به پلی(وینیل الکل)، به ساختاری ناهمگن و متراکم بر سطح غشاها منجر شده است. اصلاح غشای اولیه با استفاده از پلی(وینیل الکل) و نانوذرات اصلاح شده کربن فعال تا %0.25 وزنی ابتدا سبب افزایش مقدار آب شد و با افزایش مقدار نانوذرات از %0.25 تا %1 وزنی دوباره مقدار آب غشا کاهش یافت. نتایج نشان داد، تمام غشاهای اصلاح شده، متوسط اندازه منفذ بزرگ تری در مقایسه با غشای اصلاح نشده دارند. همچنین تمام غشاهای اصلاح شده شار آب بیشتری از غشای اولیه نشان دادند. افرون بر این، نتایج پس زنی نمک نشان داد، اصلاح سطح غشای نانوفیلتری اثر مثبتی در جلوگیری از کاهش مقدار پس زنی با وجود افزایش مقدار شار داشته است. مقدار پس زنی نمک سدیم سولفات بیشتر از پس زنی سدیم کلرید اندازه گیری شد. نسبت بازیابی شار در غشاهای اصلاح شده بیش از %92 و در نمونه اولیه بیش از %66 ارزیابی شد که قابلیت ضدگرفتگی غشاهای اصلاح شده را تایید می کند.

    کلیدواژگان: غشای لایه نازک نانوفیلتری، اصلاح سطح، عملکرد جداسازی، خواص ضدگرفتگی
  • مهدی عبداللهی*، آریا گرزین مطائی صفحات 359-371
    فرضیه

    جاذب های بر پایه لیگنین یکی از مواد متداول برای حذف فلزات سنگین در تصفیه پساب ها و برای جذب فلزات در استخراج آن ها از معادن هستند. بنابراین به نظر می رسد، لیگنین و به ویژه مشتق کربوکسی متیل دارشده آن قابلیت جذب کاتیون های روی و مس در محلول آبی دارای هر دو کاتیون را در شرایط عملیاتی مختلف داشته باشد.

    روش ها

    ابتدا، لیگنین در اثر واکنش با سدیم کلرواستات، کربوکسی متیل دار شد. آزمون های شناسایی شامل طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته پروتون (1H NMR)، تیترکردن اسید-باز، تعیین pHpzc (نقطه pH با بار صفر) و پتانسیل زتا به منظور شناسایی نمونه انجام شد. همچنین، برای تعیین غلظت یون ها از آزمون جذب اتمی استفاده شد.

    یافته ها

    نتایج آزمون های شناسایی نشان داد، در اثر واکنش لیگنین با سدیم کلرواستات، گروه های هیدروکسیل آروماتیک لیگنین از بین رفته و غلظت گروه های کربوکسیل افزایش یافته است. بنابراین استنباط شد، لیگنین با موفقیت کربوکسی متیل دار شده است. نتایج جذب یون های روی (II) و مس (II) نشان داد، بیشترین جذب مس در مقایسه با روی در مجاورت جاذب لیگنین اصلاح شده در pH نزدیک به 4 اتفاق می افتد. در مطالعات سینتیکی مشخص شد، جذب هر دو یون از مدل سینتیکی شبه درجه دوم پیروی می کنند. در مطالعات هم دما، مدل Sips بهترین عملکرد را برای هر دو نمونه لیگنین و لیگنین اصلاح شده داشت. بیشترین ظرفیت جذب یون   روی و مس برای لیگنین کربوکسی متیل دارشده، به ترتیب 0.25 و  0.37mmol/g به دست آمد که نسبت به لیگنین بهبود شایان توجهی نشان داد. اما، گزینش پذیری مس کاهش داشت. این بهبود می تواند به طور عمده به دلیل افزایش تعداد موقعیت های فعال روی جاذب اصلاح شده باشد.

    کلیدواژگان: جذب سطحی، لیگنین، کربوکسی متیل دار کردن، تبادل یون، یون های مس(II) و روی(II)
  • مهدی غلام پور*، محمدحسن اقوامی پناه، سید رضا غفاریان عنبران صفحات 373-385
    فرضیه

    در این پژوهش، با استفاده از اسفنج سازی میکروسلولی فرایند حالت جامد و گاز کربن دی اکسید در حالت ابربحرانی، اسفنج های نانوکامپوزیتی و هیبریدی بر پایه پلی پروپیلن تقویت شده با نانولوله های کربن و الیاف شیشه تولید شدند. فرضیه اصلی در این پژوهش، بررسی اثر ریزساختار و مقدار هر یک از اجزای کامپوزیت بر خواص الکتریکی، جذب امواج الکترومغناطیس و خواص مکانیکی است.

    روش ها

    ابتدا، ریزساختار نانوکامپوزیت ها، هیبریدها و نیز اسفنج های تولیدشده، با میکروسکوپی الکترونی پویشی بررسی شد. در ادامه، خواص الکتریکی و حفاظت از تداخل امواج الکترومغناطیس نمونه های نانوکامپوزیتی به ترتیب با روش چهارنقطه ای و دستگاه تحلیل گر برداری ارزیابی شد. در نهایت، اثر افزودن الیاف شیشه و نانولوله کربن بر خواص مکانیکی کششی، فشاری و ضربه نیز بررسی شد. 

    یافته ها

    با اختلاط مذاب نانولوله ها، توزیع و پراکنش مناسبی در ماتریس پلی پروپیلنی به دست آمد. با افزودن نانولوله های کربن اندازه متوسط سلول های اسفنج از 49µm به  22.5µm کاهش و چگالی سلولی نیز افزایش یافت. بررسی اثر افزودن الیاف بر ریزساختار سلولی نشان داد، به طور کلی اندازه سلول با افزودن الیاف به دلیل هسته گذاری ناهمگن به دور الیاف افزایش یافت، اما اندازه سلول هایی که در مجاورت الیاف نبودند، کاهش یافت. با افزودن %3 وزنی نانولوله های کربن رسانندگی الکتریکی در نمونه های جامد از 16-10×1.7 به 4-10×4.7 و در نمونه های اسفنجی از 18-10×1.6 به 5-10×3.36 افزایش یافت. همچنین، بازده حفاظت از تداخل الکترومغناطیسی در نمونه جامد PP/CNT3 به 11dB و در نمونه اسفنجی PP/CNT3-F به 9.5dB رسید. نتایج آزمون های مکانیکی نشان داد، با افزودن نانوذرات کربن خواص مکانیکی کششی بهبود می یابد. همچنین، افزودن الیاف شیشه به نمونه های جامد باعث بهبود مدول و استحکام کششی می شود. اما، به دلیل برهم کنش ضعیف با پلی پروپیلن خواص کششی در نمونه های اسفنجی کاهش می یابد. نتایج استحکام فشاری و استحکام ضربه ای اسفنج ها نشان داد، با افزودن الیاف و نانوذرات این خواص نیز بهبود می یابند.

    کلیدواژگان: اسفنج میکروسلولی، نانوکامپوزیت، هیبرید، حفاظت از تداخل الکترومغناطیسی، خواص مکانیکی
  • علی اکبر حیدری، حسین مهدوی*، میلاد کرمی صفحات 387-402
    فرضیه

    نانوفیلترکردن روش سودمندی برای جداسازی و خالص سازی مخلوط های آبی و غیر آبی است و در کاربردهای مختلفی از جمله پس زنی رنگینه از آب استفاده می شود که مهم ترین کاربرد این حوزه است. در بهبود عملکرد پس زنی و شار غشاها، که دو عامل بسیار مهم در تعیین عملکرد غشای نهایی هستند، همچنان چالش هایی وجود دارد. بر این اساس در پژوهش حاضر، از نانوذرات MIL-53(Al) به دلیل داشتن خواصی همچون آب دوستی زیاد، اندازه حفره های کم و نیز پایداری زیاد در محیط های آبی استفاده شدند.

    روش ها

    در این مطالعه، ابتدا نانوذرات MIL-53(Al) سنتز شدند. سپس، غشاهای ماتریس ترکیبی از پلی اتر سولفون دارای نانوذرات MIL-53(Al) با روش ادغام شده جدایی فاز القایی با بخار و ضدحلال برای جداسازی رنگینه از محلول های آبی تهیه شدند که در آن از دی اکسان به عنوان حلال کمکی استفاده شد. در نهایت، بررسی و شناسایی نانوذرات و غشاهای تهیه شده با آزمون های طیف نمایی نشر نوری با پلاسمای جفت شده القایی، طیف نمایی زیرقرمز تبدیل فوریه با بازتاب کلی تضعیف شده (FTIR)، پراش سنجی پرتو X، تعیین زاویه تماس و میکروسکوپی الکترونی نشر میدانی (FE-SEM) انجام شد.

    یافته ها

    ترکیب درصدهای مختلف غشا با مقادیر متفاوت MIL-53(Al)  تهیه شدند تا غشایی با عملکرد برتر برای کاربرد در پس زنی رنگینه با شار زیاد به دست آید. عملکرد غشاهای ساخته شده برای پس زنی رنگینه های مختلف (شامل سبز متیل، رودامین B، بلور بنفش و آبی متیلن) از محلول های آبی بررسی و مشخص شد ،غشای بهینه دارای عملکرد عالی در پس زنی رنگینه ها (شامل 99.8، 99.5، 99.2 و 97.1 به ترتیب برای سبز متیل، رودامین B، بلور بنفش و آبی متیلن) و نیز شار زیاد (6.1L/m2.h.bar) است. عملکرد بلندمدت غشای بهینه نیز بررسی شد که بر اساس آن غشا پس زنی رنگینه و نیز شار نسبتا ثابت با گذشت زمان را نشان داد.

    کلیدواژگان: پلی اتر سولفون، روش ادغام شده جدایی فاز القایی با بخار-القایی با ضدحلال، نانوذرات MIL-53(Al)، غشای ماتریس ترکیبی، پس زنی رنگینه
  • سید مرتضی قاسمی*، امیر خلقی صفحات 403-415
    فرضیه

    تخلخل و اندازه منفذ فیلم های متخلخل پلی استیرنی (PS) تهیه شده با روش رسوب دهی غوطه وری با تغییر ترکیب اجزا تنظیم پذیر است. اثر تغییر ترکیب اجزا بر خواص فیلم های متخلخل با مشخصه های ترمودینامیکی قابل تبیین است.

    روش ها

    محلول PS-کلروفرم به همراه افزودنی های کوپلیمر قطعه ای (پلی استیرن-پلی(آکریلیک اسید)، پلی (اتیلن گلیکول) و گلیسیرین) یا ضدحلال (2-پروپانول) تهیه شد. سپس، محلول ریخته گری و در حمام انعقاد 2-پروپانول-کلروفرم غوطه ور شد. فیلم متخلخل حاصل با میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) تصویربرداری و با آزمون تصویری ارزیابی شد. نمودار فازی سامانه با اندازه گیری های تجربی (نقطه ابری شدن) و روش نظری رسم شد. خواص ترمودینامیکی محلول و حمام انعقاد با اختلاف فشار اسمزی ضدحلال (ΔΠNS) و اختلاف فشار اسمزی حلال (ΔΠS) بین محلول و حمام انعقاد ارزیابی شد. افزون بر این، نسبت نزدیکی محلول (ARSolution) و حمام (ARBath) به منحنی دوگره ای (باینودال) نیز به دست آمد.

    یافته ها

    تخلخل و اندازه منفذ فیلم ها با کاهش غلظت پلیمر محلول و اضافه کردن افزودنی ها به محلول ریخته گری افزایش یافت. با کاهش غلظت پلیمر از %17wt به 12wt% ساختار فیلم از چگال به متخلخل (تخلخل %35 و متوسط قطر منفذ  2.8) تغییر کرد. افزودن مقادیر نسبتا کمی از PEG400 و گلیسیرین به محلول ریخته گری (%20 وزنی نسبت به PS) موجب افزایش شایان توجه تخلخل فیلم ها از %35 به ترتیب به 54 و %66 شد. با افزودن ضدحلال به محلول، تخلخل و اندازه منفذ ابتدا کاهش و سپس افزایش یافت. افزودن حلال به حمام انعقاد به افزایش تخلخل فیلم ها کمک کرد. افزودن ضدحلال به محلول و حلال به حمام انعقاد به ترتیب با کاهش کیفیت حلال (افزایش ARSolution) و کاهش قدرت رسوب دهی منعقدکننده (افزایش ARBath) برای پلیمر همراه بودند. افزایش تخلخل و اندازه منفذهای فیلم به طورعمده با افزایش ΔΠNS و کاهش ΔΠS همراه بودند.

    کلیدواژگان: فیلم غشایی متخلخل، پلی استیرن، رسوب دهی با غوطه وری، فشار اسمزی، پیش بینی
|
  • Amir-Reza Arvaneh, Mehdi Sadat-Shojai * Pages 319-348

    Designing scaffolds with physical, mechanical, and biological properties like those of the extracellular matrix (ECM) of the target tissue, is the most critical challenge in tissue engineering. Ideally, proper cell proliferation can simultaneously occur with the degradation of the scaffold to finally restore and create the desired tissue within the scaffold. The use of biodegradable polymers or a combination of these polymers and ceramics, metals or carbon leads to the fabrication of scaffolds with the required properties. Thus far, different natural and synthetic polymers have been proposed for this purpose, of which aliphatic biodegradable and biocompatible polyesters as a result of their predictable and adjustable properties have been known as one of the best polymeric matrices in designing scaffolds used in tissue engineering. Due to the unique properties of these polymers, the number of research works performed on them for application in tissue engineering is increasing and therefore it is necessary to review the goals and challenges ahead. Accordingly, the present work has attempted to re-examine studies performed on widely used biodegradable aliphatic polyesters including poly(lactic acid)(PLA), poly(glycolic acid)(PGA), poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), polycaprolactone (PCL), and the family of microbial polyesters of the polyhydroxyalkanoates (PHA), especially poly(hydroxybutyrate) (PHB) as well as poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) copolymer. This article specially focuses on the synthetic techniques and structural, physical, mechanical, and biological properties of these polymers to overcome the challenging task of designing ECM-like scaffolds by evaluating the various physical and chemical modification methods reported in recent research papers. The present study also reviews and discusses the application of these polyesters in soft and hard tissue engineering, such as bone, cartilage, ligament, tendon, muscle, spleen, cornea, and skin.

    Keywords: Polyester, biodegradable, tissue engineering, extracellular matrix, biocompatible
  • Mohammad Mirzamohammadi, Samaneh Koudzari Farahani, Fahime Parvizian, Sayed Mohsen Hosseini * Pages 349-358
    Hypothesis

    A thin film nanofiltration membrane was modified by poly(vinyl alcohol) (PVA) and chitosan-functionalized activated carbon nanoparticles. The effect of a surface layer formed on the structure and separation properties of prepared membranes was investigated.

    Methods

    Scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), water content, porosity and mean pore size measurements, Na2SO4 and NaCl rejection, water flux as well as membrane flux recovery ratio for the study of antifouling ability were used for characterization of the membranes.

    Findings

    The FTIR results confirmed the formation of hydroxyl and amine groups on the surface of modified membranes. The SEM images also showed the formation of a uniform layer on the modified membranes. As shown in the SEM images, adding functionalized activated carbon nanoparticles into PVA leads to a heterogeneous and dense structure on the surface of modified membranes. Modification of pristine membrane by PVA and modified activated carbon nanoparticles up to 0.25% wt initially increased the water content, and subsequently with increase in nanoparticles ratio from 0.25 to 1.0% (wt), the water content decreased. The obtained results showed a larger mean pore size for all modified membranes compared to pristine membrane. Moreover, all modified membranes showed a higher flux in comparison with virgin membrane. In addition, salt rejection revealed that the surface modification of nanofiltration membrane has a positive effect in preventing smaller rejection amount despite the increase in the amount of flux. Sodium sulfate salt rejection was also measured more than sodium chloride salt rejection. Flux recovery ratio was also measured more than 92% for the modified membranes whereas it was more than 66% for pristine membrane that confirms the antifouling ability for the modified membranes.

    Keywords: thin film nanofiltration membrane, surface modification, separation performance, antifouling properties, nanoparticle
  • Mahdi Abdollahi *, Arya Gorzin Motaie Pages 359-371
    Hypothesis

    Lignin-based adsorbents are one of the common materials for removal of heavy metal ions in wastewater treatment and the adsorption of metals extracted in mines. Therefore, it seems that industrial lignin and its carboxymethylated derivative are able to adsorb zinc and copper cations from aqueous solutions under different operating conditions.

    Methods

    Firs, industrial lignin was carboxymethylated by reacting with sodium chloroacetate. After carboxymethylation of lignin, the characterization tests including FTIR spectroscopy, 1H NMR spectroscopy, acid-base titration, pHpzc (pH point of zero charge) and zeta potential tests were performed. Concentration of ions in aqueous solutions was determined by atomic adsorption technique.

    Findings

    The results of structural characterization tests showed that the reaction of lignin with sodium chloroacetate removed the aromatic hydroxyl groups of lignin, while the concentration of carboxyl groups increased. Thus, it was found that lignin was carboxymethylated successfully. The results of zinc (II) and copper (II) ions adsorption showed that the maximum adsorption of copper ion in comparison with zinc ion occurs in the presence of the modified industrial lignin adsorbent at a pH close to 4. The kinetic study results showed that the adsorption of both ions follows a pseudo second-order model. In the isotherm studies, the Sips model showed the best performance for both the industrial and modified lignin samples. Maximum adsorption capacities for the zinc and copper ions by carboxymethylated lignin were observed to be 0.25 and 0.37 mmol/g, respectively, showing a significant improvement in comparison with unmodified kraft lignin. However, selectivity of the copper ion decreased in contrast. This improvement could be mainly attributed to the significant increase in active sites on carboxymethylated lignin.

    Keywords: adsorption, lignin, carboxymethylation, ion exchange, copper(II), zinc (II) ions
  • Mahdi Gholampour *, Mohammad Hassan Aghvami-Panah, S.Reza Ghaffarian Anbaran Pages 373-385
    Hypothesis

    Nowadays, lightening of polymer composites for specific applications and engineering purposes, especially electromagnetic wave absorber materials, has attracted research studies. In this work, polypropylene nanocomposite and hybrid foams incorporated with carbon nanotubes and glass fibers were produced through solid-state microcellular foaming using supercritical carbon dioxide.

    Methods

    First, the microstructure of nanocomposites, hybrids, and produced foams were examined by scanning electron microscopy. The electrical properties and electromagnetic interference shielding performance of the solid and foamed nanocomposites were investigated using a four-point probe method and a vector analyzer, respectively. The effect of glass fiber and CNT incorporation on tensile, compressive, and impact mechanical properties was also investigated.

    Findings

    Nanotubes were finely dispersed in the polypropylene matrix through melt compounding. By incorporation of CNTs, the average cell size reduced (from 49 to 22.5 μm), and cell density increased. Also, the SEM micrographs of the hybrid foams revealed that, in general, cell size increased by incorporating fiber due to nearby heterogeneous nucleation, and the size of cells that were not adjacent to the fiber decreased. As a result, a bimodal microstructure with two different cell sizes was obtained. With the incorporation of CNTs, electrical conductivity increased from ~10-16 to ~10-4 and ~10-5 for unfoamed and foamed PP/CNT3 samples, respectively, and EMI shielding effectiveness increased to 11 dB and 9.5 dB for unfoamed and foamed PP/CNT3 samples, respectively. The mechanical test results showed that the addition of nanoparticles help to improve mechanical properties, including tensile, compression and impact. In solid samples, the addition of glass fiber improves the modulus and tensile strength, but due to poor interaction with polypropylene, it reduces the tensile properties of the foams. The results of both compression and impact resistance tests of foams showed that these properties are enhanced with the addition of fibers and nanoparticles.

    Keywords: Microcellular Foams, Nanocomposite, hybrid, Electromagnetic Interference (EMI) shielding, mechanical properties
  • Ali Akbar Heidari, Hossein Mahdavi *, Milad Karami Pages 387-402
    Hypothesis

    Nanofiltration (NF) is a very important technique in separation and purification of aqueous and non-aqueous mixtures in several applications, such as the retention of dyes from water, which is the largest application in this field. Nonetheless, it is still a key issue to enhance the rejection performance and improve the flux, the key factors for the performance of the final membrane. Accordingly, MIL-53(Al) nanoparticles were utilized in this research work because of their small pore sizes, significant hydrophilicity and outstanding water stability.

    Methods

    In this study, the synthesis of the MIL-53(Al) nanoparticles was conducted. Then, the preparation of polyethersulfone (PES)-MIL-53(Al) mixed matrix membranes was done through the VIPS-NIPS method, which is the vapor-induced phase inversion (VIPS) method coupled with non-solvent-induced phase inversion (NIPS) technique, in which the co-solvent of 1,4-dioxane was employed. Finally, the prepared nanoparticles and membranes were characterized using several techniques including attenuated total reflection-Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), X-ray diffractometry (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES), and contact angle analyses.

    Findings

    Different membrane compositions with various MIL-53(Al) contents were prepared so that a membrane with superior performance in dye rejection application and high flux can be achieved. The performance of the fabricated membranes was investigated for rejection of various dyes in aqueous solutions including Reactive Red (RR), Direct Yellow (DY), Methyl Green (MG), and Crystal Violet (CV), based on which a great separation performance (dye rejections of 99.8, 99.5, 99.2, 98.8 and 97.1 for RR, MG, DY, CV and MB, respectively) and an excellent water flux (4.8 L/m2.h.bar) were provided by the membrane containing 0.06 wt% MIL-53(Al)..

    Keywords: polyethersulfone, VIPS-NIPS method, MIL-53(Al) nanoparticles, mixed matrix membrane, Dye Rejection
  • Seyed Morteza Ghasemi *, Amir Kholghi Pages 403-415
    Hypothesis

    The porosity and pore size of polystyrene (PS) porous films prepared by immersion precipitation can be adjusted by varying the composition of the ingredients. The effect of composition variations on the characteristics of porous films can be elucidated by thermodynamic parameters.

    Methods

    A PS/chloroform solution with additives (polystyrene-block-poly(acrylic acid), polyethylene glycol (PEG), and glycerol) and/or non-solvent (2-propanol) was prepared. Then, the solution was cast and immersed in a 2-propanol/chloroform coagulation bath. The resultant porous film was imaged by scanning electron microscopy (SEM) and investigated by image analysis. The phase diagram of system was plotted through experimental measurements (cloud point) and theoretical method. The thermodynamic properties of the solution and coagulation bath were evaluated using non-solvent osmotic pressure difference (ΔΠNS) and solvent osmotic pressure difference (ΔΠNS) between the solution and coagulation bath. Moreover, the approaching ratio of solution (ARSolution) and bath (ARBath) to the binodal curve was also obtained.

    Findings

    The porosity and pore size of the films increased with decreasing the polymer concentration and adding the additives to the casting solution. By decreasing polymer concentration from 17% wt to 12% wt, the film structure changed from dense to porous (35% porosity and average pore diameter 2.8 μm). Addition of small amounts of PEG400 and glycerol to the solution (20% by weight relative to PS) significantly increased the porosity of the films from 35% to 54% and 66%, respectively. The porosity and pore size decreased first and then increased with adding non-solvent to the solution. Adding solvent to the bath helps increase porosity. Addition of non-solvent to the solution and addition of solvent to the bath were accompanied by decreasing solvent quality (ARSolution increase) and decreasing precipitation power of coagulant (ARBath increase) for the polymer, respectively. The increase in porosity and pore size was mainly associated with increasing ΔΠNS and decreasing ΔΠS.

    Keywords: Porous membrane film, Polystyrene, Immersion precipitation, Osmotic pressure, prediction