Advancing Membrane Fabrication for Membrane Distillation: Slot-die Coating vs Blade Casting. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Final Thesis Draft_Ferry Aldina.pdf Restricted to Repository staff only until 21 December 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

يُحقق التقطير الغشائي معدلات عالية لرفض الأملاح مع متطلبات طاقة منخفضة نسبيًا، إلا أن استخدامه على نطاق واسع ما يزال محدودًا بسبب غياب طرق تصنيع أغشية قابلة للتصنيع علي نطاق واسع. يقدّم هذا البحث تقنية طلاء باستخدام القالب المشقوق و هي تقنية قابلة للتطبيق على خطوط الإنتاج المتطورة لإنتاج أغشية من البوليمر الفلوري المستخدمة في التقطير الغشائي. وقد تم تصنيع الأغشية بوجود ودون وجود مواد مكوِّنة للمسام، وتشمل: كلوريد الليثيوم، وبولي فينيل بيروليدون، وبولي إيثيلين جلايكول. كما خضعت هذه الأغشية لعمليات تخثير في ماء منزوع الأملاح أو في خليط من الماء والإيثانول، وذلك بهدف المقارنة المباشرة مع الأغشية المصنّعة بالطريقة التقليدية المعتمدة على السحب بالشفرة. وقد أظهرت الأغشية المنتَجة بطريقة القالب المشقوق تفوقًا واضحًا من حيث تجانس السماكة، وزيادة حجم المسام، وارتفاع درجة عدم محبّة السطح للماء. ومن بين جميع التركيبات، حقق الغشاء المحتوي على كلوريد الليثيوم والمخثّر في الماء منزوع الأيونات أفضل أداء، حيث سجّل تدفقًا بلغ ١٣٫٨٨ كيلوغرام لكل متر مربع في الساعة، مع نسبة رفض للأملاح وصلت إلى ٩٩٫٩٥٪، متفوقًا على نظيره المصنّع بطريقة السحب بالشفرة. كما أظهرت الأغشية المخثّرة في خليط الماء والإيثانول نسب رفض مرتفعة تصل إلى ٩٩٫٩٩٪، مع انخفاض طفيف في التدفق بلغ ١٢٫٥٣ كيلوغرام لكل متر مربع في الساعة. وبالاعتماد على هذه النتائج ، تناولت الدراسة الثانية دمج الكربون المنشَّط المشتق من نوى التمر داخل غشاء البوليمر المحتوي على كلوريد الليثيوم بهدف تعزيز انتقال البخار وزيادة مقاومة البلل. وقد حقق الغشاء المركّب الناتج تدفقًا مرتفعًا بلغ ٢٠٫٨ كيلوغرام لكل متر مربع في الساعة مع نسبة رفض بلغت ٩٩٫٩٧٪، ويُعزى هذا الأداء إلى التأثير التعاوني بين تكوين المسام الناتج عن كلوريد الليثيوم، وبين المجموعات السطحية المحبة للماء في الكربون المنشّط التي تُحسّن الترابط البيني وانتشار البخار. وتُبرز هذه النتائج تقدّمًا مزدوجًا في كلٍّ من التصنيع القابل للتوسع وتصميم المواد المستدامة، ممهدةً الطريق نحو أنظمة تقطير غشائي ذات أداء عالٍ وكفاءة بيئية على نطاق صناعي. الكلمات المفتاحية: الطلاء عبرالقالب المشقوق slot-die coating، الطلاء بطريقة السحب بالشفرةblade casting ، التقطير بالغشاء، التحلية ، أغشية البولي فلوريدين ثنائي الفلوريد PVDF .

English Abstract

Membrane distillation (MD) achieves high salt rejection with relatively low energy requirements, yet its broader use is constrained by the lack of scalable membrane fabrication methods. This study introduces slot-die coating as a continuous, roll-to-roll-compatible process for producing polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes for MD. Membranes were fabricated with and without pore formers (LiCl, PVP, PEG) and coagulated in deionized water or water–ethanol mixtures for direct comparison with blade-cast membranes. Slot-die-coated membranes exhibited superior thickness uniformity, larger pore sizes, and higher hydrophobicity. Among all formulations, the PVDF/LiCl membrane fabricated in deionized water achieved the highest performance, with a flux of 13.88 kg. m-2. h-1 and 99.95 % salt rejection, outperforming its blade-cast counterpart. Membranes prepared in mixed water–ethanol baths also showed high rejection (up to 99.99 %) with slightly reduced flux (12.53 kg. m-2. h-1). Building on this scalable platform, a second study incorporated biomass-derived date stone activated carbon (DSAC) into PVDF–LiCl membranes to further enhance vapor transport and wetting resistance. The resulting composite achieved astonishing flux of 20.8 kg/m²h with 99.97% salt rejection, attributed to the synergistic effects of LiCl-induced pore formation and DSAC’s hydrophilic oxygenated surface groups that improve interfacial bonding and vapor diffusion. Together, these findings highlight a dual advancement in scalable fabrication and sustainable material design, paving the way for industrial-scale, high-performance, and eco-efficient membrane distillation systems. Keywords: Slot-die Coating, Blade Casting, Membrane Distillation, Desalination, Scalable Fabrication, PVDF Membranes

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor:	Abdelsamie, Maged
Committee Members:	Baroud, Turki Nabieh and Falath, Wail Sulaiman
Depositing User:	FERRY ALDINA (g202214720)
Date Deposited:	23 Dec 2025 07:25
Last Modified:	23 Dec 2025 07:25
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143807