MODIFICATION OF MEMBRANES BY INCORPORATING TIO2-GRAPHENE OXIDE FOR ENHANCED WATER PURIFICATION PERFORMANCE

MODIFICATION OF MEMBRANES BY INCORPORATING TIO2-GRAPHENE OXIDE FOR ENHANCED WATER PURIFICATION PERFORMANCE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
MS_Thesis_ Anwar Al Gamal.pdf
Restricted to Repository staff only until 20 June 2022.

Download (2MB)

Arabic Abstract

إن عمليات الفصل المعتمدة على الأغشية فعالة جداً للعديد من التطبيقات مثل : تنقية مياة الشرب ومعالجة مياة الصرف، فهذه العمليات تمتلك إمكانية عالية في تحسين فعالية تحلية مياة البحر بسعر وطاقة مناسبين. لذالك أكتسبت أهتمام كبير من قبل العلماء و الباحثين على مستوى العالم. فغشاء التناضح العكسي المكون من بوليمر وجزيئات غير عضوية أسلوب قوي فتحَ آفاق جديدة لدمج الخصائص المختلفة للمواد الغير عضوية مثل الثبات الحراري والميكانيكي مع خصائص البوليمرات العضوية مثل قابلية المعالجة .والمرونة في مركب واحد الهدف من هذه الرسالة هو تعديل وتطوير غشاء تناضح عكسي مصنوع من مادة البولي أميد الحلقي عن طريق دمج جزيئات أكسيد الجرافين وثاني أكسيد التيتانيوم معا على سطحه لتحسين أداء الغشاء في فصل الملح وتنقية المياة. تم تصنيع هذه الأغشية عن طريق تحضير محلول من مادة كلوريد التريمسويل ومحلول من مادة م- فينيلين ديامين مضاف إليه مادتي أكسيد الجرافين وثاني أكسيد التيتانيوم وتم مزجهم على سطح طبقة رقيقة مصنوعة من مادة البولي سلفون بواسطة البلمرة السطحية. عند مزج المحاليل المختلفة تم مراعاة مزج مركب مادة أكسيد الجرافين وثاني أكسيد التيتانيوم مع ملحول م- فينيلين ديامين كون هذه المادة تبددُ وتذوبُ .بشكل فعال في الماء مقارنة بالمذيبات العضوية تم قياس وتوصيف وأثبات أضافة مركب أكسيد الجرافين وثاني أكسيد التيتانيوم الى الأغشية المحضرة عن طريق تقنيات عدة مثل مقياس طيف الأشعة تحت الحمراء،مطياف الأشعة السينية الإلكترونية الضوئية، وحيود الأشعة السينية. بالأضافة إلى ذالك، أستخدمت تقنيات أخرى مثل: مجهر المسح الإلكتروني مع مطيافية تشتت الطاقة بالأشعة السينية،ومجهر القوة الذرية لدراسة وتحليل شكل ومظهر وخشونة أسطح الأغشية بعد تعديلها. كما أُستخدمت قياسات زاوية ملامسة الماء لأسطح الأغشية لدراسة وتحليل قابلية سطح الغشاء بعد التعديل للاتحاد مع الماء.كما تم قياس ومعايينة كفاءة الغشاء المعدل في فصل الملح والزيت من الماء بواسطة نظام مصنوع بطريقة مخصصة للاختبار الأغشية بمحاليل مخلتفة تحتوي على عديد من الأملاح مثل : كلوريد الصوديوم .والزيوت مثل الهيدروكربونات وقد أتضح من خلال هذه التحاليل والقياسات والتوصيفات بتحسن أداء الغشاء المعدل في عمليات الفصل والتنقية بشكل ملفت وكما .كان متوقعاً نتيجة لتحسن خصائص الغشاء المخلتفة مثل : قابلية الغشاء للاتحاد مع الماء،و شحنة سطح الغشاء، وخشونته

English Abstract

Membrane-based separation processes are very effective for several applications such as purification of drinking water and treatment of wastewater. They have a huge potential to enhance the desalination efficiency of seawater with efficient cost and energy requirements. Therefore, they have received great interest around the world. Polymer-inorganic composite reverse osmosis membrane is a powerful method that opens the door to merge different properties of inorganic materials like mechanical and thermal stability with organic polymer properties including processability and flexibility in one solid. The aim of this work is to modify aromatic polyamide membrane surfaces by the simultaneous incorporation of graphene oxide (GO) and TiO2 nanoparticles, for enhancing the salt rejection and filtration performance of the membrane. The 1, 3, 5-benzenetricarbonyl chloride (TMC), TiO2-GO compound, and m-phenylenediamine (MPD) were prepared and polymerized on the surface of a porous support layer made of polysulfone (PSf). The TiO2-GO compound was mixed with MPD aqueous solution because its dispersion in aqueous solution was stronger than in organic solvents. Fourier Transform Infra-Red (FTIR) spectroscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), and X-ray Diffraction (XRD) were applied to confirm the presence of TiO2-GO compound on the membrane surface. Scanning Electron Microscopy (SEM) equipped with Energy-Dispersive X-ray (EDX), and Atomic Force Microscopy (AFM) were carried out to analyze the surface morphology and reveal the smoothening of the modified membrane surface. Water contact angle measurements were carried out to visualize the hydrophilicity improvements of modified membranes. The performance parameters of the membrane including permeate flux, salt rejection, and hydrocarbons rejection were evaluated using a custom-made laboratory setup. The incorporation of TiO2-GO compound into the membrane matrix enhanced the membrane performance with 62 LMH (Lm-2 h-1) permeate flux, 97 % salt rejection, and 100 % hydrocarbons rejection, due to changes in charge, roughness, and hydrophilicity of the membrane surface.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Research > Engineering
Department: College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor: Falath, Wail
Committee Members: Saleh, Tawfik and Mezghani, Khaled
Depositing User: ANWAR AL-GAMAL (g201194090)
Date Deposited: 05 Jul 2021 06:39
Last Modified: 05 Jul 2021 06:39
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141910