مروری بر عملکرد غشاهای اصلاح‌شده پلیمری اولترافیلتراسیون به‌منظور کاهش گرفتگی در تصفیه پساب

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد شیمی کاربردی، گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران.

2 کارشناسی شیمی کاربردی، گروه شیمی کاربردی، دانشکده نفت و گاز گچساران، دانشگاه یاسوج، گچساران، ایران.

3 استادیار، گروه شیمی کاربردی، دانشکده نفت و گاز گچساران، دانشگاه یاسوج، گچساران، ایران.

چکیده

امروزه محدودیت منابع تجدیدپذیر آب شیرین در دسترس، افزایش جمعیت و صنعتی‌شدن جوامع، منجر به توسعه روش­های گوناگون برای تصفیه آب و پساب شده است. فناوری­های متنوعی به‌منظور تصفیه پساب مورد استفاده قرار گرفته است. در بین این فناوری­ها، غشاهای اولترافیلتراسیون با قابلیت جداسازی و حذف بالای آلاینده­ها، یک گزینه امیدوارکننده به‌منظور تصفیه پساب محسوب می­شوند. با این وجود، گرفتگی غشایی یکی از مشکلات اصلی در بهره­برداری از غشاها است که منجر به کاهش عملکرد و هزینه­های اضافی می­شود. گرفتگی غشا، می­تواند بر اثر عوامل مختلفی ایجاد شود. برحسب نوع گرفتگی، به‌منظور جلوگیری از ایجاد گرفتگی و کاهش گرفتگی در غشا، می­توان از روش­های مختلفی استفاده کرد. یکی از راه­های کاهش گرفتگی در غشا، افزودن نانوذرات آب‌دوست به غشا از طریق روش­های اصلاح متفاوت است. در این مقاله مروری، سعی شده است تا ضمن معرفی روش­های تهیه غشاهای ضد‌گرفتگی، تاثیر اضافه‌شدن نانوذرات مختلف بر عملکرد و کاهش گرفتگی غشاهای اولترافیلتراسیون بررسی شود. به این منظور، روش­هایی از جمله وارونگی­ فاز، الکترواسپینینگ، پیوند از طریق اشعه فرابنفش و پلیمریزاسیون مورد بحث قرار گرفته‌اند. 

کلیدواژه‌ها


پسندیده پور، ف.، غلامی، ف.، و اسدی، ا.، (1400)، “مروری بر عملکرد غشاهای نانوفیلتراسیون اصلاح شده با نانومواد معدنی، کربنی و ترکیبی از آن‎ها”، علوم و مهندسی آب و فاضلاب، آماده انتشار، http://dx.doi.org/ 10.22112/jwwse.2022.316060.1297
علی‌زاد اقیانوس، ف.، یگانی، ر.، و حضرتی، ح.، (1399)، "مروری بر گرفتگی غشا و روش‌های احیای آم در فناوری بیوراکتور غشایی جهت تصفیه و استفاده مجدد از آب"، کنگره بین‌المللی توسعه کشاورزی، منابع طبیعی، محیط‌زیست و گردشگری ایران، تبریز، 4.
حسیبی، ک.، و دهقانی قناتستانی، م.، (1398)، "مطالعه آزمایشگاهی حذف فلز جیوه از آب با استفاده از غشای اولترافیلتراسیون ماتریس مرکب تیتانیوم دی اکسید، پلی سولفون"، پژوهش‌های نوین علوم مهندسی، 4(2)، 88-94.
مشکاتی، م.ه .، همنبرد، ن. ، ولیپور، ع.، و اکبرزاده، ع.، (1400) ،"راهبردها و سیاست‌های توسعه فناوری‌های تصفیه فاضلاب در ایران، علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 6(4)، 4-14.
موسوی، گ.، و باکری، غ.، (1397)، "اصلاح غشا اولترافیلتراسیون برپایه پلی وینیل کلراید به‌منظور جداسازی آب و روغن"، کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، تهران، 16. 
Ahmad, A., Che Lah, N., Ismail, S., and Ooi, B.S., )2012(, “Membrane antifouling methods and alternatives: Ultrasound approach”, Separation and Purification Reviews, 41(4), 318-346.
Arefi, S., Khataee, A., Safarpourd, M., and Vatanpour, V., (2020), “Modification of polyethersulfone ultrafiltration membrane using ultrasonicassisted functionalized MoS2 for treatment of oil refinery wastewater”, Separation and Purification Technology, 238, 6495-6506.
Broeckmann, A., Busch, J., Wintgens, T., and Marquardt, W., (2006), “Modeling of pore blocking and cake layer formation in membrane filtration for wastewater treatment”, Desalination, 189(1-3), 97-109.
Chiao, Y., Chen, Sh., Sivakumar, M., Ang, M., Patra, T., Almodovar, J.S., Wickramasinghe, S.R., Hung, W.S., and Lai, J.Y., (2020), “Zwitterionic polymer brush grafted on polyvinylidene difluoride membrane promoting enhanced ultrafiltration performance with augmented antifouling property”, Polymers, 12(6), 1-12.
Chong, Z., and Koo, Y., (2021), “Self-assembling of NCQDs-TiO2 nanocomposite on poly(acrylic acid)- grafted polyethersulfone membrane for photocatalytic removal and membrane filtration”, Materials Today: Proceedings, 46(5), 1901-1907.
Esfahani, A., Zhai, L., and Sadmani, A., (2002), “Filtration of biological sludge by immersed hollow-fiber membranes: Influence of initial permeability choice of operating conditions”, Desalination, 146(1-3), 427-431.
Esfahani, A.R., Zhai, L., and Sadmani, A.A., (2021), “Removing heavy metals from landfill leachate using electrospun polyelectrolyte fiber mat-laminated ultrafiltration membrane”, Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(4), 53-63.
Gao, Q., Li, H., and Zeng, X., (2013), “Novel nanoparticles incorporated polyvinylidene fluoride ultrafiltration membrane”, Advanced Materials Research, 746(1), 390-393.
Garcia, J., Iborra, M., Alcaina, M., Mendoza J., and Pastor, L., (2014), “Development of fouling-resistant polyethersulfone ultrafiltration membranes via surface UV photografting with polyethylene glycol/aluminum oxide nanoparticles”, Separation and Purification Technology, 135(1), 88-99.
Goel, V., and Mandal, U., (2019), “Surface modification of polysulfone ultrafiltration membrane by in-situ ferric chloride based redox polymerization of aniline-surface characteristics and flux analyses”, Korean Journal of Chemical Engineering, 36(4), 573-583.
Guo, H., Peng, Y., Liu, Y., Wang, Z., Hu, J., Liu, J., Ding, Q., and Gu, J., (2020), “Development and investigation of novel antifouling cellulose acetate ultrafiltration membrane based on dopamine modification”, International Journal of Biological Macromolecules, 160(27), 652-659.
Hezarjaribi, M., Bakeri, Gh., Sillanp, M., Chaichi, M., Akbar, S., and Rahimpour, A., (2021), “Novel adsorptive PVC nanofibrous/thiol-functionalized TNT composite UF membranes for effective dynamic removal of heavy metal ions”, Journal of Environmental Management, 284(72), 223-229.
Jia, Y., Sun, Sh., Li, Sh., Wang, Zh., Wen, F., Li, Ch., Matsuyama, H., and Hu, S., (2020), “Improved performance of polysulfone ultrafiltration membrane using TCPP by post-modification method”, Membranes, 10(4), 66.
Junqiang, Z., Hongrui, H., Qiqi, W., Chengyou, Y., Dongyang, L., Jing, Y., Xia, F., Ning, Y., Yiping, Z., and Li, Ch., (2019), “Hydrophilic and anti-fouling PVDF blend ultrafiltration membranes using polyacryloylmorpholine-based triblock copolymers as amphiphilic modifiers”, Reactive and Functional Polymers, 139, 92-101.
Khemakhema, A., Romdhaneb, M. R., and Srasrac, E., (2020), “Improved performance of ultrafiltration membranes after surface modification”, Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 56(5), 561-570.
Luo, M.L., Zhao, J., Tang, W., and Pu, Ch., (2005), “Hydrophilic modification of poly(ether sulfone) ultrafiltration membrane surface by self-assembly of TiO2 nanoparticles”, Applied Surface Science, 249(1-4), 76-84.
Mohammad, A., Ng, Ch., Pei, L. Y., and Ng, G.H., (2012), “Ultrafiltration in food processing industry: Review on application, membrane fouling, and fouling control”, Food and Bioprocess Technology, 5(4), 1143-1156.
Mulyati, S., Muchtar, S., Arahman, N., Syamsuddin, Y., Nawi N., Harun, N., Bilad, M., Firdaus, Y., Takagi, R., and Matsuyama H., (2020), “Two-step dopamine-to-polydopamine modification of polyethersulfone ultrafiltration membrane for enhancing anti-fouling and ultraviolet resistant properties”, Polymers, 12, 51-67.
Pejman, M., Firouzjaei, M., Aktij, S., Zolghadr, E., Das, P., Elliott, M., Sadrzadeh, M., Sangermano, M., Rahimpour, A., and Tiraferri, A., (2021) “Effective strategy for UV-mediated grafting of biocidal Ag-MOFs on polymeric membranes aimed at enhanced water ultrafiltration”, Chemical Engineering Journal, 426(8), 935-945.
Peters, Ch., Rantissi, T., Gitis, V., and Hankins, N., (2021), “Retention of natural organic matter by ultrafiltration and the mitigation of membrane fouling through pre-treatment, membrane enhancement, and cleaning, A review”, Journal of Water Process Engineering, 44 (10), 2374-2384.
Pourziad, S., Omidkhah, M. R., and Abdollahi, M., (2020), “Improved antifouling and self-cleaning aAbility of PVDF ultrafiltration membrane grafted with polymer brushes for oily water treatment”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 83, 401-408.
Raffin, M., Germain, E., and Judd, S.J., (2012), “Influence of backwashing, flux and temperature on microfiltration for wastewater reuse”, Separation and Purification Technology, 96(30), 147-153.
Rahimpour, A., Madaeni, S.S., Taheri, A.H., and Mansourpanah, Y., (2008), “Coupling TiO2 nanoparticles with UV irradiation for modification of polyethersulfone ultrafiltration membranes”, Journal of Membrane Science, 313(1-2), 158-169.
Shi, X., Tal, G., Hankins, N., and Gitis, V., (2014), “Fouling and cleaning of ultrafiltration membranes: A review” Journal of Water Process Engineering, 1, 121-138.
Wang, R., Zhang, L., Chen, B., and Zhu, X., (2020), “Low-pressure driven electrospun membrane with tuned surface charge for efficient removal of polystyrene nanoplastics from water”, Journal of Membrane Science, 614 ,8470-8481.
Wang, Z., Ma, J., Tang, C.Y., Kimura, K., Wang, Q., and Han, X., (2014), “Membrane cleaning in membrane bioreactors: A review”, Journal of Membrane Science, 468, 276-307.
Weiwei, X., Manman, X., Xia, F., Li, Ch., and Yiping, Zh., (2018), “Surface modification of poly(vinylidene fluoride) ultrafiltration membranes with chitosan for anti-fouling and antibacterial performance”, Macromolecular Research, 26(13), 1225-1232.
Wenxiang, Z., and Luhui, D., (2015), “Investigation of membrane fouling mechanisms using blocking models in the case of shear-enhanced ultrafiltration”, Separation and Purification Technology, 141, 160-169.
Yana, L., Lib, Y., and Xiang, Ch.B., (2005), “Preparation of poly(vinylidene fluoride)(Pvdf) ultrafiltration membrane modified by nano-sized alumina (Al2O3) and its antifouling research”, Polymer, 46(18), 7701-7706.
Zhiguo, Z., Jianfen, Z., Mingji, W., Haiyuan, Z., and Charles, H.C., (2012), “High performance ultrafiltration membrane based on modified chitosan coating and electrospun nanofibrous PVDF scaffolds”, Journal of Membrane Science, 395, 209-217.