HYDROXYLATED UiO-66 MOF-BASED POLYVINYL ALCOHOL CROSSLINKED THIN FILM NANOCOMPOSITE NANOFILTRATION MEMBRANE WITH TUNABLE PERFORMANCE FOR EMERGING ORGANIC POLLUTANTS REMOVAL. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis 4.pdf Restricted to Repository staff only until 15 June 2026. Download (2MB)

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل: يحيى عبد الله محمد عنوان الرسالة: غشاء ترشيح نانوي مركب رقيق متقاطع يعتمد على بولي فينيل الكحول مدعَّم بإطار فلزي عضوي UiO-66 المُهدرج ذو أداء قابل للتعديل لإزالة الملوثات العضوية الناشئة التخصص الرئيسي: علوم وهندسة المواد تاريخ الحصول على الدرجة: مايو 2025 يمثل إطلاق الملوثات العضوية الناشئة (EOCs)، بما في ذلك المركبات الصيدلانية الفعالة (PhACs)، في النظم المائية تهديدًا متزايدًا لصحة الإنسان واستدامة البيئة. وتوفر أغشية الترشيح النانوي (NF) حلاً واعدًا لإزالة مثل هذه الملوثات؛ إلا أن التحديات مثل انخفاض الانتقائية وارتفاع قابلية التلوث أثناء فصل المركبات الصيدلانية ما تزال تحدّ من تطبيقاتها العملية. في هذه الدراسة، تم تصنيع أغشية ترشيح نانوية مركبة صديقة للبيئة تعتمد على بولي فينيل الكحول المتقاطع بالجلوتارالدهيد ومدعَّمة بإطار فلزي عضوي مهدرج (UiO-66-OH)، (المشار إليها بـ UiO-66-OH@PVA TFN)، بهدف تحسين أداء الفصل. وبالاستفادة من القدرة العالية للجلوتارالدهيد على الربط العرضي وقابلية UiO-66-OH لتكوين روابط هيدروجينية، أظهرت الأغشية الناتجة خصائص ممتازة من حيث المحبة للماء، والانتقائية، ومقاومة التلوث. أدى دمج UiO-66-OH في الطبقة النشطة من PVA إلى زيادة في تدفق الماء بنسبة تجاوزت 28% مقارنة بالغشاء المركب الأصلي من PVA (TFC)، كما حقق تدفقًا قدره 70.1294±0.2 لتر/م²·ساعة. أظهر تحليل الجهد السطحي (Zeta potential) أن سطح الغشاء أصبح أكثر سالبية بعد إضافة UiO-66-OH، مما ساهم في تحسين رفض المركبات الصيدلانية السالبة الشحنة. وكان الحد الفاصل للوزن الجزيئي (MWCO) لغشاء UiO-66-OH@PVA TFN حوالي 313 دالتون. في الظروف المثلى، حقق الغشاء نسب رفض بلغت 98.99±0.3% للأوفلوكساسين (OFL)، و94.264±0.19% للأوميبرازول (OMZ)، و79.89±0.17% للإيبوبروفين (IBP)، متفوقًا على غشاء PVA TFC القياسي. كما أظهر الغشاء أداء رفض مستقر (~98%) لمدة 72 ساعة مع انخفاض طفيف في التدفق. وفي اختبارات مقاومة التلوث باستخدام ألبومين مصل البقر (BSA) وحمض الهيوميك كنماذج للملوثات، أظهر الغشاء مقاومة استثنائية، حيث بلغت نسب استرجاع التدفق (FRR) 99% و98% على التوالي. علاوة على ذلك، ساهم التوزيع المتجانس لـ UiO-66-OH داخل مصفوفة PVA في تعزيز مقاومة الغشاء للكلور. وتبرز هذه النتائج الإمكانات الواعدة لأغشية TFN المعتمدة على MOFs المهدرجة وغير المعتمدة على البولياميدات كمنصة عالية الأداء لإزالة الملوثات العضوية الناشئة والمركبات الصيدلانية من المياه، مع توفير توازن مثالي بين النفاذية، ومقاومة التلوث، والاستقرار الكيميائي. وتقدم هذه الدراسة رؤى مهمة لتصميم الجيل القادم من الأغشية المعتمدة على MOFs لمعالجة المياه بشكل مستدام

English Abstract

ABSTRACT Full Name: YAHAYA ABDULLAHI MUHAMMAD Thesis Title: [HYDROXYLATED UiO-66 MOF-BASED POLYVINYL ALCOHOL CROSSLINKED THIN FILM NANOCOMPOSITE NANOFILTRATION MEMBRANE WITH TUNABLE PERFORMANCE FOR EMERGING ORGANIC POLLUTANTS REMOVAL] Major Field: [MATERIAL SCIENCE AND ENGINEERING] Date of Degree: [MAY 2025] The release of emerging organic contaminants (EOCs), including pharmaceutical active compounds (PhACs), into aquatic systems poses a growing threat to both human health and environmental sustainability. Nanofiltration (NF) membranes offer a promising solution for removing such pollutants; however, challenges such as low selectivity and high fouling tendency during pharmaceutical separation continue to limit their practical application. In this study, we report the fabrication of eco-friendly, hydroxylated metal–organic framework (UiO-66-OH)-incorporated, glutaraldehyde-crosslinked polyvinyl alcohol-based thin-film nanocomposite membranes (UiO-66-OH@PVA TFN) with enhanced separation performance. Leveraging the strong crosslinking ability of glutaraldehyde and the hydrogen bonding capability of UiO-66-OH, the resulting membranes exhibit excellent hydrophilicity, selectivity, and fouling resistance. Incorporating UiO-66-OH into the PVA active layer led to a >28% increase in water flux compared to the pristine PVA thin-film composite (TFC) membrane and offer a 70.1294±0.2Lm-2h-1. Zeta potential analysis revealed a more negatively charged membrane surface following UiO-66-OH incorporation, contributing to improved rejection of negatively charged PhACs. The molecular weight cutoff (MWCO) of the UiO-66-OH@PVA TFN membrane was approximately 313 Da. Under optimized conditions, the membrane achieved rejection rates of 98.99±0.3%, 94.264±0.19%, and 79.89±0.17% for ofloxacin (OFL), omeprazole (OMZ), and ibuprofen (IBP), respectively, outperforming the control PVA TFC membrane. The membrane demonstrated stable rejection performance (~98%) over 72 hours with minimal flux decline. In fouling tests using bovine serum albumin (BSA) and humic acid as model foulants, the membrane exhibited exceptional resistance, with flux recovery ratios (FRR) of 99% and 98%, respectively. Furthermore, the uniform dispersion of UiO-66-OH within the PVA matrix enhanced the membrane’s chlorine resistance. These findings highlight the potential of non-polyamide, hydroxylated MOF-based TFN membranes as a high-performance platform for removing EOCs and PhACs from water, offering an ideal combination of permeability, fouling resistance, and chemical stability. This work provides valuable insights for the design of next-generation MOF-based membranes for sustainable water treatment applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor:	Wail, Fallatah
Committee Members:	Baig, Nadeem and Qamar, Mohammad Shamsuddin
Depositing User:	YAHAYA MUHAMMAD (g202315970)
Date Deposited:	15 Jun 2025 07:43
Last Modified:	15 Jun 2025 07:43
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143527