ENHANCING THE BIOFOULING RESISTANCE OF REVERSE OSMOSIS MEMBRANES BY A NOVEL SURFACE MODIFICATION TECHNIQUE. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Dissertation) Dissertation.pdf - Published Version Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

أصبحت قضية الحصول على الماء قضية ذات إهتمام بالغ خصوصا مع إزدياد الطلب عليها.تمثل تحلية ماء البحار أحد مصادر المياه الواعدة وبالأخص تحليتها عن طريق التناضح العكسي الذي يمكن من جعل هذه المياه صالحة للإستخدام البشري. وعلى الرغم من أنها من أنجع الحلول من أجل الحصول على مياه نقية إلا أن إستخدام هذه التقنية دائما مايرتبط بعوامل تحد من إستخدامه ومن أبرز هذه العوامل هو سماحها للبكتيريا بأن تبني مستعمرات على أسطحها مما يؤدي إلى إنسداد المسامات وتغيير كثير من خصائص النفاذية التي تمتلكها هذه الأغشية. هذه الدراسة تركز بشكل عميق من أجل تحسين أسطح أغشية النتاضح العكسي من خلال ترسيب طبقات من البوليمر. قامت هذه الدراسة بدمج نوعين من البوليمر إحداها ((HEMA والتي تتميز بعلاقة تجاذبية مع الماء و (PFA) والتي تتميز بعلاقة تنافرية مع الماء ليصبح لدينا في اخر المطاف بوليمر يتميز بوجود هذين الخاصيتين وذلك من خلال إستخدام تقنية (CVD) وعن طريق معايرة معدل التدفق النسبي للمونمرات التالية (HEMA) و (PFA) تم تصنيع طبقات متعددة مختلفة النسب التركيبية بين هذين المادتين. هذه الطبقات تم ترسيبها على أسطح أغشية تناضح عكسي تجارية وأيضا تم ترسيبها على الكوراتز. نتائج مجهر القوى الذرية تظهر الأسطح المعاد تحسينها وهي ناعمة جدا وبمعدل خشونة لايتجاوز نانمويترات قليلة وكذلك تظهر نتائج المجهر الإلكتروني قائق الدقة صورا لمقاطع عرضية لهذه الأغشية بعد تحسينها وهي تمتلك مستوى عال من التجانس وأيضا يثبت لنا المجهر الإلكتروني التشابه الكبير بين الأغشية الأساسية والأغشية المطلاة وأن الانخفاضات والارتفاعات في السطح ترجع في الأساس إلى أغشية (polyamide). وتظهر نتائج الدراسات التي تم إجرائها من خلال (QCM) أن الطبقة المتوسطة لديها خاصية الممانعة الشديدة للإلتصاق بكتيريا الوليمر التي تلعب دور مهم جدا في عملية الإنسداد البكتيريا وهذا ماتم إختباره من خلال إجراء إختبار إلتصاق البكتيريا الساكن ليثبت وبشكل قوي خاصية ممانعة الترسب البكتيريا على هذه الأسطح الأغشية السموزية البوليمرية. إختبار نفاذية الأغشية المعاد تحسينها تظهر تمازج الطبقة المصنعة وسطح الغشاء الأساسي. أولا، لا يوجد إنخفاض في مستوى النفاذي مع وجود الطبقة المحسنة. ثانيا، من خلال تحليل XPS وتحت إختبار طول المدى وتحت ضغط عال جدا وجود هذه الطبقة المحسنة وثباتها على السطح

English Abstract

Water is becoming increasingly scarce as the demand for fresh water continues to increase in a drastic manner. One potential new water resource is desalination of sea and brackish water. Reverse osmosis is one of the many processes used to obtain potable water fit for human consumption from seawater. However, the membranes used in this process are prone to fouling by microorganisms such as bacteria. This study focused on the surface modification of commercial RO membranes by the deposition of random copolymer films. We copolymerized the hydrophilic hydroxyethylmethacrylate (HEMA) with the hydrophobic perfluorodecylacrylate (PFA) to create randomly amphiphilic thin polymer films using an initiated CVD technique. By adjusting the relative flow rates of the HEMA and PFA comonomers, films over a wide compositional range were synthesized. These films were deposited on commercial membranes and in some cases quartz crystals. Atomic Force Microscopy results showed the surface of the films to be very smooth with the rms value being only a few nanometers. High-resolution TEM images of the membrane cross-section show the coatings to possess a high degree of conformality and uniformity. SEM images at high magnifications show a great deal of similarity between the virgin and the coated membranes: the peak-and-valley structure normally associated with polyamide membranes. QCM studies revealed intermediate film chemistries as having the greatest adsorption resistance to biopolymers known to play a crucial role in membrane Biofouling. Static bacterial adhesion tests demonstrated the superior antifouling properties of the copolymer films to conventional polyamide membranes. Permeation studies proved the compatibility of the copolymer film to the polyamide surface of the RO membrane in several ways. Firstly, the decline in permeate flux of the commercial membrane due to the presence of the film is negligible. Secondly, XPS analysis confirmed the presence of the film on the membrane surface even after long-term testing at high external pressures. Lastly, long-term tests with feed water of known microbial concentration showed less flux decline for membranes covered with copolymer film.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemical Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	KHAN, ZAFARULLAH
Committee Co-Advisor:	ZAIDI, S.M.J.
Committee Members:	KHALED, MAZEN M. and LAOUI, TAHAR and BOYCE, MARY C.
Depositing User:	ASIF MATIN
Date Deposited:	28 May 2012 10:48
Last Modified:	01 Nov 2019 15:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138652