Sulfate ions removal from seawater using Polyamide thin-film composite Nanofiltration membrane

Sulfate ions removal from seawater using Polyamide thin-film composite Nanofiltration membrane. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
MS Thesis.pdf
Restricted to Repository staff only until 17 May 2023.

Download (4MB)

Arabic Abstract

تم تصنيع أغشية الترشيح النانوي ذات الأغشية الرقيقة المركبة بواسطة تفاعل البلمرة البيني بين أنواع مختلفة من الأمينات و 1,3,5- بنزينريكاربونيل ثلاثي كلوريد على سطح طبقة داعمة من لدائن السلفون، الذي تم تحضيره وتصنيعة مسبقاً بإسلوب إنعكاس الطور الرطب. الأنواع المختلفة المستخدمة في هذا البحث من الأمينات هي: Bis(3-aminopropyl) amine (BAPA), 1,2-Bis(3-aminopropylamino) ethane (1,2-BIS), m-Xylylenediamine (m-XDA), 1,4-Bis(3-aminopropyl) piperazine (DAPP), and Hexamethylenediamine (HMDA). تم التحقق ودراسة التراكيب الكيميائية، والخصائص السطحية لكل من الأغشية الرقيقة المركبة والتي تم تصنيعها لإجراء هذه الدراسة البحثية بواسطة أجهزه مختلفة وهي : مطيافية الأشعة تحت الحمراء باستخدام تحويل فورييه (FTIR) ، تحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX أو EDS)، مجهر إلكترون لمسح الانبعاثات الميدانية (FESEM) ، حيود مسحوق الأشعة السينية (XRD)، التحليل الحراري الوزني (TGA)، زاوية تلامس (CA)، وإمكانيات زيتا. أيضاً، جميع الأغشية الرقيقة المركبة التي تم تصنيعها لهذه الدراسة البحثية وضعت تحت إختبار أداء الفصل الترشيحي النانوي بإستخدام الماء منزوع الأيونات والأملاح، محلول كلوريد الصوديم بتركيز 1000 جزء في المليون، و محلول كبريتات المغنيسيوم بتركيز 1000 جزء في المليون كلاً على حده. الكميات المتدفقة من السوائل المستخدمة في كل تجربة تتزايد وفقاً للترتيب التالي: PSF > HMDA TFC > DAPP TFC > MXDA TFC > 1,2-BIS TFC > BAPA TFC بينما كميات الأملاح التي لا تتجاوز الأغشية الرقيقة المركبة في تزايد وفقاً للترتيب التالي: 1,2-BIS TFC > BAPA TFC > MXDA TFC > DAPP TFC > HMDA TFC وفقاً لأداء الفصل الترشيحي النانوي في هذا البحث، فإن الغشاء الرقيق المصنع من الأمين 1,2-BIS ، والمحضّر بالنسبة المئوية 2 وزن/الحجم أظهر الأداء الأفضل مقارنةً بالأنواع الأخرى المستخدمة لتحضير الأغشية الرقيقة المركبة الآخرى، حيث تمتع بترشيح 92 % من محلول كبريتات المغنيسيوم، و 64.9 % من محلول كلوريد الصوديم، و كميات تدفق تقدر بـ 4.73 لتر/(ساعة-بار-متر^2). كما أن العوامل المؤثرة التشغيلية (مثل: الضغظ، درجة الحرارة، درجة الحموضة، وسرعة التدفق) لعملية تقييم أداء الفصل الترشيحي النانوي للغشاء الرقيق المصنع من الأمين 1,2-BIS أظهرت تأثيراً قوياً على الأداء من حيث ترشيح المحاليل الملحية وكميات التدفق الناتجة أيضاً. أظهرت التجارب المختلفة بإختلاف العوامل المؤثرة التشغيلية أن أداء الفصل الترشيحي النانوي للغشاء الرقيق المصنع من الأمين 1,2-BIS سجل أفضل أداء عند العوامل التشغيلية التالية: الضغط : 30 بار، درجة الحرارة: 40 درجة مؤية، درجة الحموضة: 7، سرعة التدفق : 1.115 متر/ثانية، ومعدل التدفق: 360 لتر/ساعة.

English Abstract

Thin-film composite (TFC) nanofiltration (NF) membranes were fabricated via interfacial polymerization (IP) reaction between different types of amines and 1,3,5-Benzenetricarbonyl trichloride (TMC) on the surface of polysulfone (PSF) support layer, where previously prepared by wet phase inversion method. The different used amine monomers in this research are Bis(3-aminopropyl) amine (BAPA), 1,2-Bis(3-aminopropylamino) ethane (1,2-BIS), m-Xylylenediamine (m-XDA), 1,4-Bis(3-aminopropyl) piperazine (DAPP), and Hexamethylenediamine (HMDA). The chemical structures, and surface properties of each TFC membrane were characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Energy Dispersive X-Ray Analyzer (EDX or EDS), Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM), X-ray powder diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA), Contact Angles (CA), and Zeta Potential. Nanofiltration performance was evaluated using deionized (DI) water, 1000 ppm NaCl solution, and 1000 ppm MgSO4 solution separately. The flux of membranes was in the following order: PSF > HMDA TFC > DAPP TFC > MXDA TFC > 1,2-BIS TFC > BAPA TFC, while the salts rejection of membranes as follow: 1,2-BIS TFC > BAPA TFC > MXDA TFC > DAPP TFC > HMDA TFC. 1,2-BIS TFC membrane exhibited the optimum separation performance (RMgSO4: 92%, RNaCl: 64.9%) with a flux of 4.73 L/(h-bar-m^2). Transmembrane pressure, feed tank temperature, pH, and feed tank cross-flow velocity exhibited a strong influence on 1,2-BIS TFC membrane nanofiltration performance. 1,2-BIS TFC membrane exhibited the highest salts rejection, and flux when the operating conditions were as follows: Pressure of 30 bar, Temperature of 40 ˚C, pH of 7, the cross-flow velocity of 1.115 m/s, and cross-flow rate of 360 LPH.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemistry
Engineering
Chemical Engineering
Department: College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor: Al-Jundi, Isam
Committee Members: Antar, Mohamed and Zahid, Umer
Depositing User: ALHOMAIDI ALDOSSARY (g201903730)
Date Deposited: 19 May 2022 12:02
Last Modified: 19 May 2022 12:02
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142101