DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF ELECTROSPUN POLYACRYLONITRILE-BASED NANOCOMPOSITE MEMBRANES FOR OIL-WATER SEPARATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_Thesis_(g201513230).pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

يوجد الزيت في مستحلب المياه و الزيت في العديد من الصناعات بما في ذلك الأدوية والمواد الغذائية والزراعة والمنسوجات والبترول و قطع المعادن. عندما يذهب هذا المستحلب مباشرة إلى مياه الصرف الصحي، فإنه يخلق مشاكل بيئية ويسبب هدر كميات هائلة من الموارد القيمة. ولذلك، من الضروري تطوير تقنيات فعالة واقتصادية يمكن أن تعالج هذه المشاكل. الفصل القائم على الغشاء هو تقنية واعدة للفصل وفعالة من حيث التكلفة. عملية غزْل كهربائي (Electrospinning) لتصنيع الغشاء يوفر مزايا إضافية مثل مسامية هيكل نانو-ليفية وخصائص سطح فريدة من نوعها. والهدف من هذا البحث هو تطوير أغشية البولي أكريلونيتريل (PAN) لفصل الزيت من المستحلب باستخدام تقنية الغزْل كهربائي. في البداية، تم دراسة تأثير مختلف العوامل المؤثرة فى عملية الغزْل كهربائي والأمثل لتحقيق أصغر قطر الألياف جنبا إلى جنب مع بنية خالية من العيوب. تم استخدام تراكيز مختلفة من أكسيد الجرافين (GO) والسيليكا (SiO2) المالئة النانومترية لوصف التشكل، سمة السطح، القوة الميكانيكية والأداء للأغشية بان المركب المتناهي الصغر. واستخدمت المجهر الإلكتروني المجهري (SEM) والتحويل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR)، وحجم المسام، وقياس زاوية الاتصال واختبار الشد للتوصيف بينما تم تقييم أداء الغشاء باستخدام اختبار فصل المياه و الزيت عن طريق الجاذبية. كشفت النتائج أن غشاء بان الهجين مع 7.5٪ بالوزن SiO2 و 1.5٪ بالوزن GO فصل الزيت عن المياه بنسبة 99٪ مع الحفاظ على تدفق المياه (3150 L/m2h)، مع انخفاض صغير فى تدفق (2900 L/m2h) بعد خمس دورات من الانفصال. ويرجع الأداء المتميز فى الفصل إلى تحسين خصائص مؤتلفة مع الماء و الكاره للزيت من الغشاء الهجين، وتمتلك زاوية اتصال المياه من 10 درجة وزاوية اتصال الزيت تحت الماء من 155 درجة، ويرجع ذلك إلى هيكلها الهرمي السطحي الناتجة عن اضافة السيليكا (SiO2) وأكسيد الجرافين (GO).

English Abstract

Oil in water emulsion is encountered in many industries including pharmaceutical, food, agriculture, textile, petroleum and metal cutting. When this emulsion goes directly to sewage, it creates environmental problems and causes wastage of enormous amounts of valuable resources. Therefore, it is crucial to develop efficient and economical techniques that can address these problems. Membrane based separation is a promising technique for efficient and cost-effective separation of oil-water emulsion. Electrospinning process for membrane fabrication provides additional advantages such as nano-fibrous porous structure and unique surface characteristics. The aim of this research is to develop polyacrylonitrile (PAN) based membranes for oil in water emulsion separation using electrospinning technique. Initially, the effect of various electrospinning process parameters was studied and optimized to achieve smallest fiber diameter along with defect free and hierarchical structure suitable for separation. Different concentrations of 2D-graphene oxide (GO) and silica (SiO2) nanofillers were used to characterize the morphology, surface characteristic, mechanical strength and performance of PAN nanocomposite membranes. Scanning electron microscopy (SEM), fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), pore size, contact angle measurement and tensile testing were utilized for characterization while membrane performance was evaluated using gravity driven oil-water separation test. The results revealed that hybrid PAN membrane with 7.5 wt%SiO2 and 1.5 wt%GO separated oil with a rejection of 99% while maintaining a water permeate flux of 3150 L.m-2.h-1, with a small flux reduction (2900 L.m-2.h-1) after five cycles of separation. The high separation performance is attributed to the enhanced hydrophilic-oleophobic properties of the hybrid membrane, possessing a water contact angle of 10° and underwater oil contact angle of 155°, due to its surface hierarchical structure resulting from silica and graphene oxide nano-additives.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Chemical Engineering Research Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Laoui, Tahar
Committee Members:	Khan, Zafarullah and Falath, Wail Sulaiman
Depositing User:	NOMAN NASEEB (g201513230)
Date Deposited:	27 Mar 2018 06:00
Last Modified:	31 Dec 2020 09:05
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140661