Development of New Zwitterionic Coatings for Ultralow Fouling in Reverse Osmosis Membranes. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (PhD thesis by Hafiz Zahid Shafi) THESIS-final.pdf - Accepted Version Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

poly(4-vinylpyridine-co-ethylene glycol ( لقد تم تصنيع و تطبيق غلاف الكوبلمر المشترك التجاري بإستخدام تقنية ترسيب الأبخرة )Reverse Osmosis( على غشاء عملية التناطح العكسي )diacrylate) الكيميائية بالابتداء. لقد تحول غلاف الكوبلمر إلى سطح زيتروايونيك يحتوي على وحدات عن طريق التفاعل الرباعي مع ثلاثي أسيد )poly(carboxybetaine acrylic acetate) (pCBAA)( .)3-bromopropionic acid (3-BPA)( البورموبروبايونيك تم التحقق من التحول إلى تركيبة الزيتروايونيك بإستخدام إختبار كل من الانعكاس الطيفي بالأشعة تحت الحمراء أظهر إختبار حيود زاوية الاشعه السينية .)XPS( و إختبار الأشعة السينية الضوئية الطيفي عالي الدقة )FTIR( 7 نانوميتر(. تم إختبار - أن مركبات الزيتروايونيك غنية جداً في الطبقة العليا للغشاء ) 5 )ARXPS( الضوئية الطيفي و )QCM-D( إمتصاص المبلمرات الحيوية على غلاف الكوبلمر بطريقة التوازن الدقيق و التبديد لكرستال الكوارتز و ألجينات )HA( و أسيد الهيوميك ) BSA( ذلك بإستخدام ثلاث أنماط من الملوثات و هي : ألبومين المصل البقري .)SA( الصوديوم لقد تم دراسة مقاومة غلاف الزيتروايونيك لإلتصاق البكتيريا بحساب عدد خلايا و مستعمرات كل من بكتيريا و بكتيريا الزائفة الزنجارية )Bacillus licheniformis( و بكتيريا عصية اللايكنوفوماس )E. coli( الايكولاي الملتصقة بالغشاء خلال الحالة السكونية. أظهرت الدراسات أنه تم التخفيف بمقدار )Pseudomonas aeruginosa( %89 من إلتصاق البكتيريا على الغشاء بالمقارنة بالغشاء التجاري )الغير معدل( و الذي يعكس بوضوح كفاءة الغلاف الزيتروايونيك.

English Abstract

Copolymer films of poly(4-vinylpyridine-co-ethylene glycol diacrylate) (p(4-VP-co-EGDA)) were synthesized and applied to commercial reverse osmosis (RO) membranes via initiated chemical vapor deposition (iCVD). As-deposited copolymer films were converted to surface zwitterionic structures containing poly(carboxybetaine acrylic acetate) (pCBAA) units by a quaternization reaction with vapors of the 3-bromopropionic acid (3-BPA). Conversion to a zwitterionic structure was confirmed by FTIR and high-resolution XPS N1s scans. Angle resolved XPS (ARXPS) analysis revealed that zwitterionic moieties are highly enriched in the top ~5-7nm surface of the deposited copolymer films. Biopolymer adsorption of the deposited copolymer coatings was investigated by quartz crystal microbalance with dissipation (QCM-D) using three model foulants bovin serum albumin (BSA), humic acid (HA) and sodium alginate (SA). Inertness to bacterial adhesion of the optimized zwitterionic coating was investigated by counting the number of E. coli, Bacillus licheniformis and Pseudomonas aeruginosa cells attached on the membrane surface under static conditions. Bacterial adhesion studies revealed an almost 98% reduction in micro-organism attachment onto the surface of modified membranes compared to bare membranes, which clearly demonstrates xv the effectiveness and superior performance of the zwitterionic coatings against bacterial adhesion. Permeate flux and salt rejection performance of the modified membranes resulted in a slight increase in salt rejection (98%); however, permeate flux was compromised by 18% compared to virgin RO membranes. Propensity of the modified and bare membranes to organic fouling was investigated by running cross-flow permeation tests using the sodium alginate as a model foulant. The modified membranes showed a modest permeate flux decline as compared to bare (unmodified) membranes where a larger permeate flux decline was observed. AFM analysis demonstrated that modified membranes showed lower RMS roughness compared to virgin membranes. Molecular force mapping (MFP) revealed that modified Koch membranes show at least an order of magnitude lesser adhesive force to BSA (a model foulant) as compared to the bare Koch membranes. This is the first time that the library of iCVD functional groups has been extended to zwitterionic polycarboxybetaine moieties and a new antifouling zwitterionic coating has been successfully applied onto the surface of commercial RO membranes.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Khan, Zafarullah
Committee Members:	Gleason, Karen K. and Laoui, Tahar and Mazen, Khaled and Khalil, Amjad
Depositing User:	SHAFI HAFI ZAHID (g201004620)
Date Deposited:	20 Jan 2016 11:20
Last Modified:	01 Nov 2019 16:31
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139739