SUPERVISOR
Mahmood Masoomi,Ahmad Moheb
محمود معصومی (استاد راهنما) احمد محب (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad khalil Bahmanpoor
محمدخلیل بهمن پور
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Preparation and Characterization of Polyamide-Nanosilver Thin Film Membrane with Suitable Reverse Osmosis Performance
Membrane degradation due to biofouling is one of the main obstructions for aromatic polyamide thin film composite (TFC) reverse osmosis (RO) membranes to realize high performance over a long period of operation. In this study, thin film nanocomposite (TFN) membranes consisted of silver nano particles as the anti bacterial material and poly (vinyl pyrrolidone) as the hydrophilic polymer with antibacterial ability was devised as a novel means to mitigate membrane biofouling. The sliver nanoparticles were synthesized by sonochemical method by applying ultrasonic irradiation to the aqueous solutions of sliver nitrate as the precursor silver colloids, meta phenylene diamine monomer as reducing agents and poly (vinyl pyrrolidone) powder as stabilizer. The effects of the synthesis conditions such as molar ratio, time and temperature reduction on the size and shape of the particles were also studied. Formation and size of the silver nanoparticles were investigated by using UV–Visible spectroscopy and Atomic Force Microscopic methods. The results showed that average particle size of the silver particles varied between 55 to 520 nm. The smallest particles were obtained from a synthesis solution initially contained 0.4% (w/v) nitrate silver, 2% (w/v) meta phenylene diamine, 1.85% (w/v) poly (vinyl pyrrolidone) which was reduced at 10 ?C for 15min. The thin film nanocomposite membranes were prepared via in situ interfacial polymerization of trimesoyl chloride (0.2% (w/v)) in the hexane solvent and colloidal silver solution over porous polysulfone micro filtration supports. Attenuated total reflectance mode Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy showed that the thin film nanocomposite membrane had three characteristic bands at 1541, 1602 and 1649 cm - 1 corresponding to amide and carbonyl groups in polyamide. This resultuggestedthat the thin film nanocomposite membranes were synthesized in the presence of nano silver and poly (vinyl pyrrolidone). The top surface morphology of thin film composite and silver-polyamide membranes was analyzed by scanning electron microscopy (SEM). Comparison between the SEM images of the surface morphology of thin film composite and thin film nanocomposite membranes showed the thin film composite membrane had dense structure. However, the top surface morphology of thin film nanocomposite membrane is changed to open pore morphology by adding silver nanoparticles and poly (vinyl pyrrolidone) to the aqueous phase during synthesis process of the membranes. The EDX spectrum for thin film nanocomposite membrane showed elemental silver peak, confirming the presence of the silver element in the thin film nanocomposite membrane. The reverse osmosis performance of membranes exhibited that water permeation flux increased from 12 (l/m 2 h) for thin film composite membrane to 15 (l/m 2 h) for thin film nanocomposite membrane. Also salt rejection of thin film composite membrane decreased from 89% to 84% compared to thin film nanocomposite membrane. Finally, the results of measuring the thin film nanocomposite membrane resistance against the E. coli bacteria cell showed that the 75 % of the bacteria were destroyed which was much higher than 9% for thin film composite. Also thin film nanocomposite membranes proved to have more resistantagainst biofouling. Keywords: Nanosilver, interfacial polymerization, polyamide reverse osmosis membrane, antibacterial, biofouling
کاهش عملکرد غشاها به وسیله گرفتگی های زیستی، یکی از موانع اصلی در کاربرد غشاهای مرکب لایه نازک پلی آمید در طول فرآیند جداسازی می باشد. در این مطالعه، غشای لایه نازک پلی آمید حاوی نانوذرات نقره به عنوان یک ماده ضدباکتری و پلی (وینیل پیرولیدن) به عنوان یک پلیمر آبدوست جهت کاهش گرفتگی زیستی، سنتز شد. بدین منظور سنتز نانوذرات نقره برای اولین بار در محیط آبی با استفاده از روش صوت شیمی و در حضور منومر متا فنیلن دی آمین به عنوان احیا کننده ، پلی (وینیل پیرولیدن) به عنوان عامل پایدارکننده و نیترات نقره به عنوان ماده سازنده نانوذرات نقره، انجام گرفت. در این مرحله اثر عوامل مختلف از جمله زمان احیا، دمای احیا ذرات نقره و هم چنین ترکیب درصد محیط واکنش براندازه و توزیع ذرات نقره مورد بررسی قرار گرفت. مطالعه طیف های بدست آمده از دستگاه طیف سنجی فرابنفش، شکل گیری ذرات نقره را تایید کرد. جهت بررسی اندازه و ساختار ذرات نقره احیا شده، از دستگاه میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده شد. نتایج حاصل از دستگاه میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد که میانگین اندازه ذرات نقره برای بهترین و بدترین نمونه به ترتیب 55 و 520 نانومتر بود. براساس نتایج حاصل از طیف سنجی فرابنفش و میکروسکوپ نیروی اتمی، بهترین محلول کلوییدی نقره برای نمونه ای با غلظت 0/4%w/v نیترات نقره، غلظت 2%w/v مونومر متافنیلن دی آمین ، غلظت w/v 1/85% پلی وینیل پیرولیدن، در دمای احیای c ?10 و زمان احیای 15 دقیقه حاصل شد. در مرحله بعد محلول کلوییدی حاوی نانو ذرات نقره سنتز شده به عنوان فاز آبی در معرض فاز آلی حاوی حلال نرمال هگزان و منومر تری مزویل کلراید قرار گرفت و در اثر پلیمریزاسیون بین سطحی بین دو فاز مذکور به مدت 60 ثانیه، غشای لایه نازک پلی آمید حاوی ذرات نقره بر روی غشای پلی سولفون سنتز شد. نتایج حاصل از دستگاه تبدیل فوریه مادون قرمز در اعداد موجی 1541 ، 1602 وcm -1 1649که مربوط به گروه های عاملی آمید و کربونیل می باشد سنتز پلی آمید در حضور نانو ذرات نقره و پلی وینیل پیرولیدن را تأیید کرد. هم چنین جهت بررسی ریخت شناسی سطح غشا از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده گردید. تصاویر بدست آمده از میکروسکوپ الکترونی نشان داد که غشای پلی آمید دارای ساختاری چگال و غشای پلی آمید- نقره دارای ساختاری نسبتا چگال می باشد. هم چنین نتایج حاصل از ارزیابی عنصری نشانگر حضور عنصر نقره در غشای لایه نازک پلی آمید بود. نتایج حاصل برای اندازه گیری شار و نمک زدایی نشان داد که شار عبوری برای بهترین غشای پلی آمید حاوی ذرات نقره نسبت به غشای پلی آمید بدون ذرات نقره، از(l/m 2 h)12 به (l/m 2 h)15 افزایش و نمک زدایی از 87% به 84% کاهش پیداکرده است. در نهایت نتایج مقاومت سنجی غشاها در برابر باکتری اشرشیاکلی نشان دادکه افزودن نانو ذرات به غشای پلی آمید ضمن اینکه باعث افزایش خاصیت کشند گی باکتری غشااز 9 درصد به 75 درصد گردید، موجب بهبود مقاومت گرفتگی غشا در برابر گرفتگی زیستی ناشی از باکتری مورد نظر هم شد. کلمات کلیدی: نانوذرات نقره، پلیمریزاسیون بین سطحی، غشای پلی آمید اسمز معکوس، ضدباکتری، گرفتگی زیستی