FABRICATION OF CHLORINE-RESISTANT THIN FILM NANOCOMPOSITE (TFN) MEMBRANES USING NEGATIVELY CHARGED NANOFILLERS FOR DESALINATION AND WATER TREATMENT. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Mahmoud Thesis - Final (After Library Corrections).pdf Restricted to Repository staff only until 24 December 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

تعد عمليات الترشيح العشائية من الركائز الأساسية في توفير المياه النقية والصالحة للشرب. وبالمقارنة مع غيرها من التقنيات، تتميز هذه العمليات بانخفاض استهلاكها للطاقة، غير أنها تعاني من بعض المحدوديات، مثل عد الاستقرار تجاه الكلور، والتلوث الغشائي، والتوازن الحرج بين معدل النفاذية وكفاء الرفض. وفي هذا البحث، جرى تطوير أغشية نانونية مركبة رقيقة ذات نفاذية محترفة، ومقاومة محسّنة للكلور، وانتقائية عالية تجاه الأيونات ثنائية التكافؤ، وذلك من خلال التثبيت التساهمي لجزيئبات سابو- 34 المعالجة وظيفيًا داخل الطبقة الفعالة للغشاء . ا ابتداءً، تم تحضير مادة ال سابو- 34 ومعالجتها بالأمين الثلاثي، ثم توصيفها باستخدام حيود الأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني النافذ، والمجهر الإلكتروني الماسح، والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، والتحليل الطيفي بالأشعة السينية المشتتة للطاقة، إضافة إلى التحليل الوزني الحراري. بعد ذلك، جرى توزيع ال سابو- 34 المعالج وظيفيًا ضمن محلول مائي من البيبرازين بنسبة وزنية مقدارها 0.025 % و 0.05 % على التوالي، وذلك أثناء تصنيع طبقة البولي أميد المتشابكة باستخدام ثلاثي كلوريد الترايميزويل. وقد خضعت الأغشية المركبة الناتجة لعمليات توصيف شاملة لنفس الأجهزة التي ذكرت بالإضافة إلى الفحص المجهري للقوة الذرية وقياساات الجهد السطحي، وزواية التلامس مع الماء. وأظهرت نتائج الأداء الترشيحي أن بار، في حين سجلت 15 .ساعةتحت ضغط تشغيل قدره 2 لتر\متر 33 الغشاء المرجعي حقق معدل نفاذية مقداره .ساعة على 2 لتر.م 64 و 60 سابو( معدلات نفاذية أعلى بلغا 0.05 سابو، و 0.025 ( 34الأغشية المزودة بال سابو- التوالي . كما أظهرت هذه الأغشية كفاءة رفض مرتفعة للأملاح المحتوية على أيونات ثنائية التكافؤ )< 95 %(، مع انخفاض واضح في كفاءة الرفض للأملاح أحادية التكافؤ ) = 20 %(، مما يمنحها خاصية الانتقائية للأيونات الثنائية. إضافةَ إلى ذلك، أثبتت الأغشية المطورة أداءً مماثلًا أو متفوقًا في إزالة الملوثات الدوائية )من الملوثات الناشئة( مقارنة بالغشاء المرجعي، علاوة على ذلك، أظهرت الأغشية استقرارًا ملحوظًا تجاه الكلور، حيث حافظت على كفاءة الرفض لمدة تراوحت بين 16 - 32 ساعة عند التعرض لمحلول يحوي 500 جزء في المليون من هيبوكلوريت الصوديوم، في حين لم تتجاوز هذه المدة 4 ساعات في حالة الغشاء المرجعي.

English Abstract

The membrane-based filtration processes have been playing an essential role in providing clean and potable water. In comparison with other techniques, membranes-based processes are less energy intensive but inherit some shortcomings like chlorine instability, fouling, rejection vs flux trade off and so on. This work has fabricated higher-flux, chlorine-resistant, and divalent-selective thin-film nanocomposite (TFN) membranes by covalently decorating functionalized SAPO-34 into the active layer. First the SAPO-34 was synthesized, triamine functionalized and characterized using powdered X-ray diffractometer, transmission election microscopy, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray, Fourier-transform infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis. The functionalized SAPO-34 was dispersed (different % wt ratios viz 0.025 and 0.05) into aqueous piperazine solution while fabricating the polyamide layer crosslinked using Trimesoyl chloride. The resulted thin film nanocomposite membranes were thoroughly characterized using attenuated total reflectance-Fourier-transform infrared spectroscopy, atomic force microscope, scanning electron microscope and Energy-dispersive X-Ray, Zeta potential and Water contact angle. The filtration performance of the membranes has illustrated that the control membrane PP (PIP-TMC) has produced a flux of 33 LMH at 15 bar where the functionalized SAPO-34 bonded TFN membranes (0.025 PPSAPO and 0.05 PPSAPO) have presented increased permeate flux of 60 and 64 LMH, respectively. The 0.025 PPSAPO and 0.05 PP SAPO have also shown higher rejection (more than 95%) for salts with divalent ions and lower rejection (about 20 %) for salts containing monovalent ions at 15 bar, making them divalent selective membranes. The membranes have also shown similar or better rejection for pharmaceutical pollutants as contaminants of emerging concern when compared to the control membrane. Additionally, the membranes have presented excellent chlorine stability against a 500 ppm solution of sodium hypochlorite by maintaining rejection up to 16-32 h, while it was 4 h for the control membrane.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Seminars Research
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Al-hooshani, Khalid Rashed
Committee Members:	Ganiyu, Saheed Adewale and Jillani, Shehzada Muhammad Sajid
Depositing User:	MAHMOUD OSAMA (g202314830)
Date Deposited:	25 Dec 2025 08:24
Last Modified:	25 Dec 2025 08:24
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143879