علوم و مهندسی آب و فاضلاب

علوم و مهندسی آب و فاضلاب

تأثیر نانومیله‌های اکسید تنگستن بر شار آب، دفع نمک و خاصیت ضدگرفتگی غشاهای پلی‌اتر سولفون

نوع مقاله : مقالات علمی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بین‎المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.
2 دانشیار گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بین‎المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.
3 استادیار مرکز تحقیقات آب و فاضلاب، موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو، تهران، ایران.
4 کارشناس ارشد پژوهشی، سرپرست مرکز تحقیقات آب و فاضلاب، موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو، تهران، ایران.
10.22112/jwwse.2026.555045.1466
چکیده
در این پژوهش، نانومیله‌های اکسید تنگستن (WO₃) بهروش هیدروترمال سنتز و با استفاده از روش­های مختلف شناسایی شدند. در ادامه از نانو ذرات سنتز شده بهمیزان 1/0 درصد وزنی برای اصلاح و ساخت غشای پلی‌اتر سولفون (PES)، استفاده شد. نتایج بررسی‌های ساختاری و سطحی نشانداد افزودن نانومیله‌های WO₃ به غشای خالص (Mbare) PES موجب کاهش زاویه تماس، زبری سطح و تخلخل و در عینحال کاهش اندازه منافذ شد. این تغییرات بهدلیل آبدوستی بالای WO₃ و مورفولوژی میله‌ای شکل آن است که افزایش تعداد حفرات و کاهش شعاع منافذ را شامل می­شود. نتایج کارایی و عملکرد دفع نمک و گرفتگی غشای اصلاحشده MWO₃ بیانگر آن است که در فشار ۴ بار، شار آب آن L·m⁻²·h⁻¹81/14 بوده و درصد دفع نمک Na₂SO₄ و NaCl به‌ترتیب 94/62% و 97/34% به‌دست آمد که نسبت به غشای خالص بهبود یافته است. در آزمون ضدگرفتگی نیز غشای MWO₃ دارای نرخ بازیابی شار (FRR) برابر 57/71% و گرفتگی غیرقابل بازگشت 42/28% بود، در حالی‌که این مقادیر برای Mbare به‌ترتیب 24/51% و 75/48% گزارش شد. در مجموع، افزودن نانوذرات WO₃ موجب افزایش آبدوستی، شار آب، خاصیت ضدگرفتگی و دفع نمک در غشاهای PES میشود.
کلیدواژه‌ها

اکبرزاده، ع.، ولیپور مرندی، ع.، همنبرد، ن.، (1401)، آب­های نامتعارف راهحلی پایدار برای کمبود آب، انتشارات آوای قلم، تهران.
پاکان، م.، میرابی، م.، و ولی­پور، ع.، (1402)، "بررسی تاثیر ابعاد نانو مواد CuO در بهبود خواص آبدهی و گرفتگی غشای اولترافیلتراسیون نانوکامپوزیت PVDF در تصفیه فاضلاب شهری"، نشریه علمی علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 8(4)، 34-22.
پسندیده، ف.، غلامی، ف.، و اسدی، آ.، (1400)، "مروری بر عملکرد غشاهای نانوفیلتراسیون اصلاحشده با نانومواد معدنی، کربنی و ترکیبی از آن­ها"، نشریه علمی علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 8(1)، 15-28.
Al Maliki, R., Al Maliki, R., Alsalhy, Q.F., Al-Jubouri, S., AbdulRazak, A., Shehab, M., Nemeth, Z., Hernadi, K., and Majdi, H., (2023), “Enhanced antifouling in flat-sheet polyphenylsulfone membranes incorporating graphene oxide-tungsten oxide for ultrafiltration applications”, Membranes, 13, 269, https://doi.org/10.3390/membranes13030269.
Ayyaura, S., and Ahn, Y., (2017), “Application of sulfonic acid group functionalized graphene oxide to improve hydrophilicity, permeability, and antifouling of PVDF nanocomposite ultrafiltration membranes”, Journal of Membrane Science, 525, 210-219, https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.10.048.
Batool, M., Shafeeq, A., Haider, B., and Ahmad, N.M., (2021), “TiO2 nanoparticle filler-based mixed-matrix PES/CA nanofiltration membranes for enhanced desalination”, Membranes, 11, 433, https://doi.org/10.3390/membranes11060433.
Daikha, S., Hammani, S., Guerziz, S., Alsaeedi, H., Sayegh, S., Bechlany, M., and Barhoum, A., (2024), “Urchin-like WO3 particles form honeycomb-like structured PLA/WO3 nanocomposites with enhanced crystallinity, thermal stability, rheological, and UV-blocking and antifungal activity”, Polymers, 16, 2702., https://doi.org/10.3390/polym16192702.
Dipheko, T.D., Matabola, K.Ph., Kotlhao, K., Moitloali, R., and Klink, M., (2017), “Fabrication and assessment of ZnO modified polyethersulfone membranes for fouling reduction of bovine serum albumin”, International Journal of Polymer Science, 2017, 3587019, https://doi.org/10.1155/2017/3587019.
Dolatshah, M., Zinatizadeeh, A., Zinadini, S., and Zangeneh, H., (2022), “Preparation, characterization and performance assessment of antifouling L-lysine (C, N codoped)-TiO2/WO3-PES photocatalytic membranes: A comparative study on the effect of blended and UV-grafted nanophotocatalyst”, Journal of Environmental Chemical Engineering, 10, 108658, https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.108658.
Erragued, R., Sharma, M., Costa, C., Bouaziz, M., and Ferreirea, G., (2023), “Novel polyethersulfone mixed matrix adsorptive nanofiltration membrane fabricated from embedding zinc oxide coated by polyaniline”, Journal of Environmental Chemical Engineering, 11, 111607, https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.111607.
Gandomkar, E., and Fazlali, A., (2023), “Incorporating Fe3O4 nanoparticles into PES membranes for enhanced water treatment efficiency”, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 42, 10.
Jamil, T., Mansor, E., Abdallah, H., Shaban, A., and Souaya, E., (2018), “Novel anti-fouling mixed matrix CeO2/Ce7O12 nanofiltration membranes for heavy metal uptake”, Journal of Environmental Chemical Engineering, 6, 3273-3282, https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.05.006.
Johnson, D., and Hilal, N., (2022), “Nanocomposite nanofiltration membranes: State of play and recent advances”, Desalination, 524, 115480, https://doi.org/10.1016/j.desal.2021.115480.
Khorram, M., Chianeh, F.N., and Shamsodin, M., (2022), “Preparation and characterization of a novel polyethersulfone nanofiltration membrane modified with Bi2O3 nanoparticles for enhanced separation performance and antifouling properties”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 114, 456-474, https://doi.org/10.1016/j.jiec.2022.07.036.
Kusworo, T.D., Ismail, A.F., Aryanti N., Widayat, W., Qudratun, Q., and Utomo, D.P., (2017), “Enhanced anti-fouling behavior and performances of nano hybrid PES SiO2 and PES-ZnO membranes for produced water treatment”, Journal Teknologi, 79(6), 129-140. https://doi.org/10.11113/jt.v79.10692.
Murayama, T., Sato, M., Nagai, H., and Yasui, E., (2023), “Visible-light-induced superhydrophilicity of crystallized WO3 thin films fabricated by using a newly isolated W6+ complex salt of citric acid”, Nanoscale Advances, 5, 1990-1998, https://doi.org/10.1039/D2NA00717G.
Nhlengethwa, S.T., Tshangana, Ch.S., Mamba, B.B., and Muleja, A.A., (2024), “The application of TiO2/ZrO2-modified nanocomposite PES membrane for improved permeability of textile dye in water”, Membranes, 14, 222, https://doi.org/10.3390/membranes14100222.
Parvizian, F., Ansari, F., and Bandehali, S., (2020), “Oleic acid-functionalized TiO2 nanoparticles for fabrication of PES-based nanofiltration membranes”, Chemical Engineering Research and Design, 156, 433-444. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2020.02.019.
Pakan, M., Mirabi, M., and Valipour, A., (2023), “Effectiveness of different CuO morphologies nanomaterials on the permeability, antifouling, and mechanical properties of PVDF/PVP/CuO ultrafiltration membrane for water treatment”, Chemosphere, 337, 139333. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.139333.
Rosyadah Ahmad, N., Ang, W., Teow, Y., Wahab, A.W., and Hilal, N., (2022), “Nanofiltration membrane processes for water recycling, reuse and product recovery within various industries: A review”, Journal of Water Process Engineering, 45, 102478, https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2021.102478.
Shafaei, N., Jahanshahi, M., Peyravi, M., and Najafpour, Q., (2016), “Self-cleaning behavior of nanocomposite membrane induced by photocatalytic WO3 nanoparticles for landfill leachate treatment”, Korean Journal of Chemical Engineering, 33, 2968-2981, https://doi.org/10.1007/s11814-016-0154-y.
Shaheen, N., Waqas, M., Alazmi, A., Alkhudhayri, A.A., Hasan, M., Shahid, M., Warsi, M.F., and Alsafari, I., (2022), “Hydrothermal assisted WO3@C nanowires supported g-C3N4 ternary nanocomposites for the removal of colored and colorless organic effluents and bacterial strains”, Materials Chemistry and Physics, 292, 126754, https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.126754
Sotto, A., Boromand, A., Balta, S., Kim, J., and Bruggen, B., (2011), “Doping of polyethersulfone nanofiltration membranes: antifouling effect observed at ultralow concentrations of TiO2 nanoparticles”, Journal of Materials Chemistry, 21, 1031, https://doi.org/10.1039/C1JM11040C.
Vatanpour, V., Madaeni, S., Khataee, A., Salehi, E., Zinadini, S. and Monfared, H., (2012), “TiO2 embedded mixed matrix PES nanocomposite membranes: Influence of different sizes and types of nanoparticles on antifouling and performance”, Desalination, 292, 19-29, https://doi.org/10.1016/j.desal.2012.02.006.
Xie, A., Wu, Y., Xu, J., Li, Q., Cui, J., and Li, Ch., (2025), “Preparation of Co3O4/PES composite nanofiltration membranes for efficient anti-fouling and dye removal”, New Journal of Chemistry, 49, 3496. https://doi.org/10.1039/D4NJ05284F.
Xu, D., Li, Ch., Liu, J., Liu, G., Zhu, H., Zhang, H., Yu, B and Guo, Y., (2023), “PES/Fe3S4@NiO self-cleaning membrane with rapid catalysis for effective emulsion separation and dye degradation”, Journal of Membrane Science, 684, 121874, https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.121874.
Zareei, F., and Hosseini, M., (2019), “A new type of polyethersulfone based composite nanofiltration membrane decorated by cobalt ferrite-copper oxide nanoparticles with enhanced performance and antifouling property”, Separation and Purification Technology, 226, 48-58, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.05.077.
Zhai, M., Peng, H., and Li, K., (2024) “High-performance loose nanofiltration membranes with excellent antifouling properties for dye/salt separation”, Journal of Membrane Science, 708, 123028, https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123028.
Zhang, Sh., Wang, Z., Cai, M., Lu, X., Fan, T., Wang, R., Liu, Y., and Min, Y., (2022), “Attapulgite nanorods incorporated MXene lamellar membranes for enhanced decontamination of dye wastewater”, Nanomaterials, 12, 3094, https://doi.org/10.3390/nano12183094.
دوره 11، شماره 1
بهار 1405
صفحه 63-74

  • تاریخ دریافت 05 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 23 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 05 اسفند 1404