Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Masoomi,Ahmad Moheb
محمود معصومی (استاد راهنما) احمد محب (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nabeel Atbaie
نبیل اتباعی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

A Novel Method of Chemical Surface Modification on Commercial Thin-Film Composite Polyamide Reverse Osmosis Membrane via Grafting Chitosan
Polyamide reverses osmosis membranes are widely used for desalination of brackish and sea water. Membrane fouling is the most important problem facing in reverse osmosis process. Surface grafting of the polyamide membranes has been considered by many researchers to improve the anti-fouling properties of the membranes. According to the published results, it seems that surface modification of the membranes can be considered as a potential method of partial or in some cases total elimination of fouling. To this aim, chitosan was grafted for the first time on the surface of thin film composite (TFC) polyamide reverse osmosis membranes. Grafting was completed by the reaction between the carboxylic acid groups existing on the surface of the membrane and the amine groups of chitosan. 1-Ethy-3-(3-dimethyl amidopropyl) carbodii-mide (EDC) was used to induce the carboxylic groups. Effects of modification time on the properties of the membrane were investigated by carrying out the grafting process for different times of 1, 3, 5, 6, 12, 24, 36, and 48 hour. Maximum grafting density of 0.0525 was achieved for 24 hours grafting.The membranes were characterized by ATR-FTIR, AFM, SEM, and contact angel analysis methods. The results obtained from ATR-FTIR analysis showed reduction in the intensity of the peak seen at the wave number of 1730 cm -1 , attributed to C=O stretch of ester group, which confirmed grafting of chitosan on the membrane surface. AFM analysis revealed that the average surface roughness decreased from 173.9 for the unmodified membrane to 114.3 for the samples modified for 24 hour. Decreasing the contact angle to 32? for the membrane modified for 24 hour, in comparison with 52? for the virgin membrane, proved significant hydrophilicity enhancement by surface modification. SEM analysis showed no significant change in membrane surface morphology after modification. Membrane performance in water flux and NaCl rejection was improved by increasing grafting time. The maximum flux of 128 was obtained for the samples modified for 12 hours, whereas surface modification for 24 hour caused the maximum salt rejection of 99.30%. The fouling resistance properties of the modified membranes against NaCl and two different charged surfactants, namely sodium dodecyl sulfate (SDS) and N-Cetyl-N,N,N-trimethyl ammonium bromide , were compared with that of unmodified membranes. In the case of NaCl, it was found that flux decline due to the membrane fouling and the flux recovery for the samples modified for 12 hours were similar to the original samples. For the fouling tests carried out with N-Cetyl-N,N,N-trimethyl ammonium bromide , it was clearly seen that the samples modified for 24 hours showed better antifouling properties than those of the unmodified membrane. On the other hand, the unmodified membrane showed relatively better performance in comparison with the modified samples when they were tested by SDS solutions. Finally, the antibacterial activity was evaluated with E.coli .It was found membranes grafted with Chitosan for 24 hour would reduce the bacterial ratio to less than 97.5% compared to unmodified membrane. .
از غشا پلی آمید اسمز معکوس برای نمک زدایی از آب دریا و آب های با شوری بالا استفاده می شود. مهمترین مشکل در فرآیند تصفیه آب با روش اسمزمعکوس، گرفتگی غشا است. پیوند زنی بر سطح غشا پلی آمید به منظور بهبود خواص آن در مقابل گرفتگی موضوع برخی پژوهش ها بوده است. به نظر می رسد اصلاح سطح غشا گامی موثر در جلوگیری از به وجود آمدن یا حذف گرفتگی باشد. در دستیابی به این هدف برای اولین بار کیتوزان در این پژوهش برای پیوند زنی بر روی غشا اسمزمعکوس استفاده شد. برای این منظور کیتوزان بر سطح غشا پلی آمید به وسیله گروه های کربوکسلیک اسید موجود بر سطح غشا و گروه های آمین از کیتوزان با تهییج EDC پیوند زده شد. اثر زمان اصلاح سطح با کاربرد زمان های 1، 3، 5، 6، 12، 24، 36 و 48 ساعت مورد بررسی قرار گرفت. بیشینه میزان پیوند زنی با زمان 24 ساعت و برابر با 0/0525 حاصل گردید و پس از آن با افزایش زمان افزایش در پیوندزنی مشاهده نشد. خواص سطحی غشا اصلاح شده و اصلاح نشده با انجام آزمون های تحلیلی ATR-FTIR، AFM ،SEMو زاویه تماس بررسی شد. در تحلیل ATR-FTIR با مشاهده کاهش پیک هایی همچون 1730 cm -1 که متعلق به گروه C=O استری است نتیجه گرفته شد که پیوندزنی با موفقیت انجام شده است. از تحلیل AFMمشخص شد که با افزایش پیوند زنی کاهش زبری متوسط سطح از مقدار اولیه 173/9 تبه مقدار نهایی114/3 برای نمونه ی اصلاح شده ی 24 ساعته رخ می دهد. از تحلیل SEM نیز مشخص شد که با انجام پیوندزنی تغییر محسوس در مورفولوژی سطح رخ نداد. همچنین با افزایش زمان اصلاح سطح، افزایش آبدوستی سطح با کاهش زاویه تماس از 52 به 32 درجه برای نمونه ی اصلاح شده ی 24 ساعته مشاهده شد. بهبود کارایی غشا در افزایش دفع نمک و شار عبوری از غشا با افزایش زمان اصلاح سطح بررسی شد. مشخص شد که بیشینه شار در نمونه های اصلاح شده متعلق به نمونه ی اصلاح شده ی 12 ساعته با شاری برابر با 128 است. بیشینه میزان نمک زدایی برابر 99/30 % بدست آمد که متعلق به نمونه ی اصلاح شده ی24 ساعته بود. عملکرد غشا اصلاح شده در خصوص گرفتگی ناشی از مواد فعال سطحی باردار سدیم دودسیل سولفات، N-ستیل-N،N،N-تری متیل آمونیوم بروماید و نمک با غشا اصلاح نشده مقایسه شد. مشخص شد عملکرد غشا اصلاح نشده و نمونه ی اصلاح شده ی 12 ساعته در گرفتگی نمک و در بازگشت شار نتایجی یکسان بوده و هر دو نمونه به مقدار شار اولیه خود بازگشتند. در آزمون گرفتگی سدیم دودسیل سولفات نمونه ی اصلاح نشده دارای بهترین عملکرد بود و تنها نمونه اصلاح نشده به میزان شار اولیه خود بازگشت. در آزمون گرفتگی N-ستیل-N،N،N-تری متیل آمونیوم بوروماید نمونه ی اصلاح شده ی 24 ساعته دارای بهترین عملکرد و در مورد شار بازگشتی عملکرد نمونه ی اصلاح شده ی 12 و 24 ساعته یکسان بود. در نهایت به بررسی نتایج حاصل از خواص ضد باکتری غشا اصلاح شده با کیتوزان در حضور باکتری اشرشیاکلی پرداخته شد. مشخص شد که نمونه ی اصلاح شده ی 24 ساعته با از بین بردن 97/5 % از کل باکتری ها بهترین عملکرد در بین غشاهای اصلاح شده را داشت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی