GRAPHENE OXIDE BASED MEMBRANE FOR WATER PURIFICATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF graphene_oxide_based_membrane_for_water_purification.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذا البحث نعرض عملية تصنيع اغشية أوكسيد الجرافين\متعدد ايثر السلفون الذي يظهر تعزيز التصاق اكسيد الجرافين مع متعدد ايثر السلفون والمعد للاستخدام في تطبيقات تنقية المياه. المعالجة البسيطة باستخدام البلازما مكنتنا من تعديل خصائص السطح (نظافة السطح ، الترطيب والمسامية) لعينات متعدد ايثر السلفون كما مكنتنا من تحسين التصاق طبقات أكسيد الجرافين مع متعدد ايثر السلفون. تم إعداد غشاء أكسيد الجرافين\متعدد ايثر السلفون عن طريق استخدمنا اسلوب الطبقة بقرب الطبقة بواسطة تقنية النسج بالدوران. تمت دراسة تاثير المعالجة بالبلازما على نظافة السطح الترطيب والتكوين المسامي للعينات التي تمت معالجتها عند فترات زمنية مختلفة للمعالجة (دقيقتين, عشر دقائق وعشرون دقيقة) باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM),المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) و جهاز "فوريير" لتحويل طيف الأشعة تحت الحمراء (FTIR) وجهاز قياس زاوية التلامس. تم تقييم الأداء من خلال قياسل معدل انتقال أيونات كلوريد البوتاسيوم خلال أغشية أكسيد الجرافين\متعدد ايثر السلفون. أظهرت علاج سطح متعدد إيثر السلفون بالبلازما لمدة دقيقتين أفضل نتائج التصاق والاستقرار لطبقات أكسيد الجرافين (ثلاث دورات ترسب طبقة تلو طبقة) و ما يقارب ال 57٪ تعطيل لأيونات كلوريد البوتاسيوم. ويعزى معدل التعطيل المنخفض هذا إلى الشقوق الكثيرة الموجودة في طبقات أكسيد الجرافين. ساعد استخدام أكسيد الجرافين المختزل بدلا من أكسيد الجرافين في إنتاج أغشية أكسيد الجرافين المختزل\متعدد ايثر السلفون, الخالية من العلل مع ما يقارب ال 94٪ تعطيل لأيونات كلوريد البوتاسيوم (ثلاث دورات ترسب طبقة تلو طبقة). هذا التعطيل لأيونات كلويد البوتاسيوم تحسنت إلى ما يقارب ال 99٪ في العينات التي تم تحضيرها بواسطة خمس دورات ترسب طبقة تلو طبقة. استخدام البولي أكريلاميد موجبة الشحنة (PAM) باعتبارها طبقة لاصقة عن طريق اسلوب النسج بالدوران لمحلول البولي أكريلاميد على غشاء متعدد ايثر السلفون عمل على تحسين استقرار أكسيد الجرافين وأكسيد الجرافين المختزل على سطح غشاء متعدد ايثر السلفون. تم أيضا دراسة الخصائص المضادة للبكتيريا وتأثير مدة الاختزال على الانتقائية غشاء متعدد إيثر السلفون والمغلف بأكسيد الجرافين\ البولي أكريلاميد و أكسيد الجرافين المختزل\ البولي أكريلاميد . أثبتت النتائج أن جميع العينات اظهرت خصائص مضادة للبكتيريا جيدة. وعلاوة على ذلك، لوحظ بشكل واضح أنه مع زيادة سمك طبقات أكسيد الجرافين و مدة اختزال اوكسيد الجرافين ، يزيد معدل إعاقة أيونات كلويد البوتاسيوم ويقل معدل نفاذ المياه.

English Abstract

Here we report the synthesis of graphene oxide (GO)/polyether sulfone (PES) membrane showing enhanced GO to PES adhesion aimed at water purification application. A simple air plasma treatment enabled us to modify the surface characteristics (surface cleanliness, wettability, and porosity) of the PES substrate and improve the adhesion of GO layers on PES. GO/PES membrane was prepared via layer-by-layer (LBL) deposition of GO on plasma treated PES using spin coating technique. The effect of plasma treatment (PT) with different times (2, 10 and 20 min) on the surface cleanliness, wettability and pore structure of treated PES substrate was investigated via atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR), and contact angle goniometry (CA). The membrane performance was evaluated by measuring the potassium chloride (KCl) ions transport through the GO/PES membrane. A 2-min plasma treatment of PES substrate showed the best adhesion and stability of deposited GO layers and ~57% KCl ions blockage with three layer-by-layer deposition cycles. This low ions blockage was attributed to the extensive cracks found in the deposited GO layers. The use of reduced graphene oxide (rGO) instead of GO helped in producing defect-free rGO/PES membranes with ~94% KCl ions blockage for three deposition cycles. This ions blockage improved to ~99% with five layer-by-layer deposition cycles. The use of positively charged polyacrylamide (PAM) as an adhesive layer by spin coating PAM on PES membrane surface had further improved GO and rGO stability on PES membrane surface. The anti-bacterial properties and reduction time effect on the selectivity of the prepared GO/PAM and rGO/PAM coated PES were also investigated. The results proved that all GO/PAM and rGO/PAM coated PES membranes exhibited good antibacterial properties. Moreover, it was clearly observed that, as GO reduction time and GO layers’ thickness increased, KCl ions blockage increased and the permeated water flux decreased.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Khan, Zafarullah
Committee Co-Advisor:	Laoui, Tahar
Committee Members:	Mazen, Khaled
Depositing User:	OMER OSMAN (g201404720)
Date Deposited:	13 Jun 2017 09:02
Last Modified:	31 Dec 2020 06:53
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140380