Fabrication of polyethersulfone ultrafiltration membranes incorporated with silver nanoparticles for water treatment applications

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Availability and access to clean water have become a global issue of concern as human populations grow, industrial and agricultural activities expand. Both desalination and reuse of wastewater represent a major opportunity to reduce water scarcity. Seawater desalination by reverse osmosis (RO) is a costly process and requires reliable pre-treatment techniques such as ultrafiltration (UF) processes to make the process much more economically attractive. In view of this, the main objective of this study is to fabricate and characterize low-biofouling UF nanocomposite membranes by incorporating different weight percentages of silver nanoparticles (AgNPs) loadings (0.5, 1.0, 2.0 wt.%) by in situ blending method for seawater desalination pre-treatment and surface water treatment applications. The nanocomposite membranes were fabricated via phase inversion method using a dope solution containing 15 wt.% polyethersulfone (PES) as the base polymer dissolved in 82 mL of 1-Methyl-2-pyrrolidinone (NMP). All membrane types were characterized using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), Fourier transform infrared radiations spectroscopy (FTIR), x-ray diffraction (X-RD), water contact angle (WCA), membranes porosity (ɛ %), mechanical strength and inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy (ICP-OES) were studied as well. Membrane performance was tested using a dead-end unit to evaluate the effect of AgNPs on membrane pure water flux and filtration performance using two model foulants humic acid (HA) and bovine serum albumin (BSA). The antifouling property of the membrane was analyzed by calculating the fouling resistance parameters of BSA. The antibacterial activity of membranes was tested using two types of bacteria which are Bacillus subtilis (B. subtilis) and Escherichia coli (E. coli). The results showed that the WCA was reduced from 68˚ for the unmodified PES membrane to 58˚ for PES-0.5 AgNPs membrane. The PES-0.5 AgNPs membrane displayed improved water flux by 65.55% and both HA and BSA rejections were 90.04% and 82.41% respectively. Although the WCA of the membrane was further reduced when a higher AgNPs amount (1.0 and 2.0 wt.%) was used, the results of membranes suffered from decreased ultimate strength and significant nanoparticles leaching. A high flux BSA recovery of about 97.29% was achieved for the modified membrane with 2.0% AgNPs compared to 71.12% for the neat membrane. In terms of the antibacterial performance evaluation, modified PES membranes showed the excellent property in biofouling mitigation and E. coli results show more sensitive to AgNPs than B. subtilis due to their thinner cell walls structure compared to B. subtilis.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

fe4d1961-a907-4ded-b1e0-0889ab87da68

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

fe4d1961-a907-4ded-b1e0-0889ab87da68_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

تصنيع أغشية البولي إيثر سلفون للترشيح الفائق المدمجة مع الجسيمات النانوية الفضية لتطبيقات معالجة المياه

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"Maryam Mohamed Zahran Al-Bulushiyah ","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"Mohammed Al-Abri","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"Sergey Dobrestov","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"Sulaiman Al-Obaidani","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Fabrication of polyethersulfone ultrafiltration membranes incorporated with silver nanoparticles for water treatment applications

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

أصبح توافر المياه نظيفة والحصول عليها قضية عالمية مثيرة للقلق مع نمو السكان والتوسع في الأنشطة الصناعية والزراعية . وقد بات توافر المياه النظيفة والحصول عليها قضية عالمية مثيرة للقلق مع نمو السكان وتوسع الأنشطة الصناعية والزراعية. تمثل كل من تحلية المياه وإعادة استخدام مياه الصرف الصحي فرصة كبيرة للحد من ندرة المياه. تُعد تحلية مياه البحر عن طريق التناضح العكسي عملية مكلفة وتتطلب تقنيات معالجة مسبقة موثوقة، مثل عمليات الترشيح الفائق (UF)، لجعل العملية أكثر جاذبية من الناحية الاقتصادية. في ضوء ذلك، فإن الهدف الرئيسي لهذه الدراسة هو تصنيع وتوصيف أغشية المركبات النانوية ذات الحشف الحيوي المنخفض للترشيح الفائق (UF)، من خلال دمج نسب أوزان مختلفة (0.5، 1.0، 2.0%) من الجسيمات النانوية الفضية (AgNPs) عن طريق المزج، وذلك لتحلية مياه البحر المعالجة مسبقًا وتطبيقات معالجة المياه السطحية. تم تصنيع أغشية المركب النانوية بطريقة تحويل الطور باستخدام محلول يحتوي على 15% من بولي إيثر سلفون (PES) كبوليمر أساسي مذاب في 82 مل من 1-ميثيل-2-بيروليدينون (NMP). تم تشخيص جميع أنواع الأغشية باستخدام المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاث الميداني (FE-SEM)، والتحليل الطيفي للتشتت الطاقي (EDS)، والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء بتحويل الانعكاس الكلي (ATR-FTIR)، وانحراف الأشعة السينية (XRD)، وزاوية ملامسة الماء (WCA)، ومسامية الأغشية (%)، وقوة الشد الميكانيكية، بالإضافة إلى التحليل الطيفي للانبعاثات الضوئية البلازمية (ICP-OES). تم اختبار فعالية أداء الغشاء باستخدام وحدة مغلقة لتقييم تأثير الجسيمات النانوية الفضية على تدفق المياه النقية عبر الغشاء، وأداء الترشيح باستخدام نموذجين من الملوثات هما حمض الهيوميك (HA) وألبومين مصل البقر (BSA). تم تحليل الخاصية المانعة للحشف الحيوي للغشاء عن طريق حساب معاملات مقاومة القاذورات لـ BSA. كما تم اختبار الفعالية المضادة للبكتيريا للأغشية باستخدام نوعين من البكتيريا هما العصوية الرقيقة (B. subtilis) والإشريكية القولونية (E. coli). أظهرت النتائج أن زاوية ملامسة الماء انخفضت من 68° لغشاء البولي إيثر سلفون غير المعدل إلى 58° للغشاء المعدل PES-0.5% AgNPs. وقد أظهر غشاء PES-0.5% AgNPs تدفقًا محسّنًا للمياه بنسبة 65.5%، ورفضًا لكل من حمض الهيوميك وألبومين مصل البقر بنسبة 90.04% و82.41% على التوالي. وعلى الرغم من الانخفاض الإضافي في زاوية ملامسة الماء للأغشية عند استخدام نسب أعلى من الجسيمات النانوية الفضية (1.0%، 2.0%)، إلا أن هذه الأغشية عانت من انخفاض في قوة الشد الميكانيكية وتسرب الجسيمات النانوية بشكل ملحوظ. تم تحقيق استعادة تدفق عالية لألبومين مصل البقر بلغت حوالي 97.92% للغشاء المعدل بنسبة 2.0% من الجسيمات النانوية الفضية.

كلمات الباحثين

Seawater - Desalination - Silver nanoparticles - Nanocomposite membranes

إشراف وإعداد

الإشراف

Mohammed Al-Abri, Sergey Dobrestov, Sulaiman Al-Obaidani

الإعداد

Maryam Mohamed Zahran Al-Bulushiyah

الاقتباسات الببليوغرافية