نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

غشای الیافی حاوی گرافن اکسید عامل‌دار شده با پلی اکریلامید و بررسی عملکرد این غشا در حذف گونه‌های محلول از قبیل رنگ، نمک و فلزات سنگین

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
1 گروه نانوفناوری، دانشکده علوم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2 گروه نانوفناوری، پژوهشکده نانوفناوری، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
یکی از راه حل‌هایی که با توسعه نانوفناوری و الکتروریسی توسعه نسل جدید غشاها پیشنهاد شده است، استفاده از الیاف برای تهیه غشاهای متخلخل می‌باشد. این الیاف به صورت نانوکامپوزیتی نیز قابل تهیه بوده و کارکرد غشاها با اضافه کردن نانوذرات به شدت بهبود می‌یابد. در این مطالعه غشاهای نانوکامپوزیتی الیافی از جنس پلی فنیل سولفون و به روش الکتروریسی ساخته شد. به عنوان افزودنی در غشاهای الیافی از گرافن اکسید و گرافن اکسید اصلاح شده با پلی اکریلامید بهره گرفته شد. برای اصلاح گرافن اکسید، مونومر آکریل­آمید با استفاده از روش پلیمریزاسوین رادیکالی زنده در سطح گرافن اکسید، پلیمریزه شد. با توجه به بررسیهای انجام شده، گرافن اکسید اصلاح شده با پلی آکریلامید تاکنون در روش الکتروریسی به عنوان افزودنی استفاده نشده و تاثیر آن بر عملکرد غشا مورد مطالعه قرار نگرفته است. گرافن اکسید و غشاهای سنتز شده با آنالیزهای گوناگون، مورد شناسایی و بررسی قرار گرفتند و مشخص شده که افزودن گرافن اکسید اصلاح شده به غشا باعث بهبود خواصی از قبیل هیدروفیلیسیته و شار آب خالص می‌گردد، طوری که زاویه تماس آب در غشاهای حاوی 0.5 درصد گرافن اکسید و گرافن اکسید اصلاح شده نسبت به غشای بدون افزودنی به ترتیب 9 و 21 درجه کاهش نشان داد. میزان تورم در این غشاها به ترتیب 110 و 175 درصد نسبت به غشای خالی افزایش داشت. شار آب خالص در این غشاها 221 و ۳۶۰ به دست آمد که نسیت به غشای خالی بیشتر بود.کارایی غشاها با بررسی حذف نمک‌ها، رنگ‌ها و فلزات سنگین مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج نشان داد که غشاهای نانوکامپوزیتی به صورت موثرتری می‌توانند این گونه‌ها را حذف نمایند. در حذف نمکها و فلزات سنگین غشای دارای 1/0 درصد از گرافن اکسید عملکرد بهینه داشت و در حذف رنگهای غشای بهینه دارای 1 درصد گرافن اکسید اصلاح شده بود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ezugbe E., Rathilal S., Membrane Technologies in Wastewater Treatment: A ReviewMembranes30: 10-89 (2020).
[2] Le NL., Nunes SP., Materials and Membrane Technologies for Water and Energy SustainabilitySustain. Mater. Technol7: 1-28 (2016).
[3] Bassyouni M., Abdel-Aziz MH., Zoromba MS., Abdel-Hamid SMS., Drioli E., A Review of Polymeric Nanocomposite Membranes for Water Purification, Ind. Eng. Chem73: 19-46 (2019).
[5] Madaeni S.S, Ghaemi N., Rajabi H., Advances in Polymeric Membranes for Water Treatment, Adv MembrTechnol Water Treatment1: 3-41 (2015).
[6] Wang L., Yang J., Wang J., Raza W., Liu G., Lu J., Microwave Synthesis of NaA Zeolite Membranes on Coarse Macroporous α-Al2O3 Tubes for Desalination, Microporous Mesoporous Mater306: 110-360 (2020).
[7] Leng X., Chen S., Yang K., Chen M., Shaker M., Vdovin EE., Technology and Applications of Graphene Oxide Membranes.  Molecular Interactions on Two-Dimensional Materials, World Sci. Res28(8): 379-422 (2021).
[8] Alnoor O., Laoui T., Ibrahim A., Kafiah F., Nadhreen G., Khan Za., Graphene Oxide-Based Membranes for Water Purification Applications: Effect of Plasma Treatment on the Adhesion and Stability of the Synthesized Membranes, Membranes10: 292 (2020).
[9] Cruz-Silva R., Endo M., Terrones M., Graphene Oxide Films, Fibers, and Membranes, Nanotechnol. Rev5(4): 377-391 (2016).
[10] Wei Y., Zhang Y., Gao X., Ma Z., Wang X., Gao C., Multilayered Graphene Oxide Membranes for Water Treatment: A Review, Carbon139: 964-981 (2018).
[12] Chernikova E., Sivtsov E., Reversible Addition-Fragmentation Chain-transfer Polymerization: Fundamentals and Use in Practice, Polym. Sci. Ser. B59: 117-146 (2017).
[13] Wang C., Wang J., Zeng L., Qiao Z., Liu X., Liu H., Fabrication of Electrospun Polymer Nanofibers with Diverse Morphologies, Molecules24: 834 (2019).
[14] Shaik Anwar Ahamed N., Sundarrajan S., Syed Abdulrahim SN., Ramalingam B., Ramakrishna S., Advancement in Electrospun Nanofibrous Membranes Modification and Their Application in Water Treatment, Membranes3: 266-284  )2013).
[15] Jang W., Yun J., Jeon K., Byun H-S., PVdF/Graphene Oxide Hybrid Membranes via Electrospinning for Water Treatment Applications, RSC Adv5: 46711-46717) 2015(.
[16] Kiani S., Mousavi S., Shahtahmassebi N., Saljoughi E., Hydrophilicity Improvement in Polyphenylsulfone Nanofibrous Filtration Membranes through Addition of Polyethylene Glycol, Appl. Surf. Sci359: 252-258 (2015).
[17] Adamczak M., Kamińska G., Bohdziewicz J., Preparation of Polymer Membranes by In Situ Interfacial Polymerization, Int. J. Polym. Sci2019: 13) 2019).
[18] م. محمودیان، پ. گوزلی بالکانلو، آ. عبدالی، س. محمودی اسکندر آبادی، تهیه و بررسی عملکرد غشاهای نانوکامپوزیتی پلی فنیل سولفون بهبود یافته با مونت موریلونیت اصلاح شده با آهن اکسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 39(2): 33-43 (1399).
[19] Blanco J., Nguyen QT., Schaetzel P., Sulfonation of Polysulfones: Suitability of the Sulfonated Materials for Asymmetric Membrane Preparation, J. Appl. Polym. Sci84: 2461-2473 (2002).
[20] Wang R., Liu Y., Li B., Hsiao B., Chu B., Electrospun Nanofibrous Membranes for High Flux Microfiltration, J. Membr. Sci393: 167–174 (2012).
[21] Gholipour-Kanani A., Bahrami H., Review on Electrospun Nanofibers Scaffold and Biomedical Applications, Trends Biomater. Artif. Organs24(2): 93-115 (2010).
[22] Islam MS., Ang BC., Andriyana A., Afifi AM., A Review on Fabrication of Nanofibers via Electrospinning and Their Applications, SN Appl. Sci1(10): 1248 (2019).
[23] Wah M., Kaung P., Htwe W., Synthesis of Graphene Oxide using Modified Hummer's Method and its Characterizations 184: 469-477 (2018).
[24] Thabo B., Okoli BJ., Modise SJ., Nelana S., Rejection Capacity of Nanofiltration Membranes for Nickel, Copper, Silver and Palladium at Various Oxidation States, Membranes11(9): 653 (2021).
[27] Marjani A., Nakhjiri AT., Adimi M., Jirandehi HF., Shirazian S., Effect of Graphene Oxide on Modifying Polyethersulfone Membrane Performance and its Application in Wastewater Treatment. Sci. Rep10(1): 2049 (2020).
[28] Suhas DP., Raghu AV., Jeong HM., Aminabhavi TM., Graphene-loaded Sodium Alginate Nanocomposite Membranes with Enhanced Isopropanol Dehydration Performance via a Pervaporation Technique, RSC Advances3(38): 17120-17130 (2013).
[29] Kirubanandam S., Vinodhini A., P.N S., Alshahrani F., Anil S., Novel Chitosan Based thin Sheet Nanofiltration Membrane for Rejection of Heavy Metal Chromium, Int. J. Biol. Macromol132: 939-953 (2019).
[30] Mahmoudian M., Khazani Y., Gozali Balkanloo P., Enayati M., Poly(diallyldimethylammonium Chloride)-Grafted Carboxylated-MWCNT as an Additive in the Polyethersulfone Membrane,  Polym. Bull78(9): 4313-4332 (2021).
[31] Reilly JT., Walsh JM., Greenfield ML., Donohue MD., Analysis of FT-IR Spectroscopic data: The Voigt Profile, Spectrochim, Acta - A: Mol. Biomol. Spectrosc48(10): 1459-1479 (1992).
[32] Yang Y., Xie Y., Pang L., Li M., Song X., Wen J., Preparation of Reduced Graphene Oxide/Poly(acrylamide) Nanocomposite and Its Adsorption of Pb(II) and Methylene Blue, Langmuir29(34): 10727-10736 (2013).
[33]  Ghasemi Kochameshki M., Mahmoudian M., Marjani A., Mixed-Matrix Membranes Containing Metal Organic Frameworks (MOFs) for Separation of Dyes and Heavy Metals from Water, Arch. Hyg. Sci, 8: 56-65 (2019).
[35] Ammar A., Al-Enizi A., AlMa'adeed M., Karim A., Influence of Graphene Oxide on Mechanical, Morphological, Barrier, and Electrical Properties of Polymer Membranes, Arab. J. Chem196: 274-286 (2015).
[38] Zhu J., Hou J., Uliana A., Tian M., Van Der Bruggen B., The Rapid Emergence of Two-Dimensional Nanomaterials in High-Performance Separation Membranes, J. Mater. Chem. A6: 3773-3792 (2018).