Hydroxy UiO-66 based Nanofiltration membrane for effective removal of pharmaceuticals in aqueous solutions. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Saikou Touray-202417740 MS Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 18 June 2027. Download (7MB)

Arabic Abstract

الاسم الكامل: سايكو توري عنوان الرسالة: غشاء ترشيح نانوي قائم على هيدروكسي UiO-66 لتحسين إزالة المستحضرات الصيدلانية من المحاليل المائية التخصص الرئيسي: علم وهندسة المواد تاريخ الحصول على الدرجة: مايو 2026 ملخص البحث: تطوير أغشية النانو المتراكبة المدمجة بـ UiO-66-(OH)₂ لمعالجة مياه الصرف الصيدلانية تتناول هذه الدراسة تحضير أغشية الترشيح النانوي المتراكبة ذات الطبقة الرقيقة (TFN) من خلال دمج جسيمات UiO-66-(OH)₂ النانوية المحبة للماء في طبقة البولي أميد الانتقائية عبر عملية البلمرة البينية. وقد شمل البحث دراسة نظامية لتأثير تحميل هذه الجسيمات بنسب وزنية تتراوح بين 0.025% و0.10%، مع مقارنتها بغشاء مرجعي أصيل (TFC) لضبط النتائج. وأثبتت فحوصات XRD وEDX تكوّن طور نقي من الجسيمات وتوزعها المتجانس عند نسب التحميل المنخفضة، في حين لوحظ تكتل الجسيمات عند النسب المرتفعة مما أثر سلباً على أداء الغشاء. وقد أدى دمج هذه الجسيمات إلى تحسن خطي في نفاذية المياه النقية، حيث ارتفعت من 5.4 لتر/م².ساعة.بار للغشاء الأصيل لتصل إلى 13.4 لتر/م².ساعة.بار عند نسبة التحميل المثالية البالغة 0.05% وزني. وفيما يتعلق بكفاءة معالجة المياه، حقق غشاء TFN المحسن عند درجة حموضة تعادل 7 نتائج متميزة في حجز المركبات الصيدلانية، بنسبة 99.03% للاوفلوكساسين، و96.55% للأوميبرازول، و88.82% للأتينولول، و79.28% للإيبوبروفين. وأظهرت النتائج أن آلية الحجز تعتمد بشكل رئيسي على الاستبعاد الحجمي نظراً لزيادة معدل الحجز طردياً مع الوزن الجزيئي. كما كشفت التجارب المعتمدة على الرقم الهيدروجيني أن حجز الأتينولول والإيبوبروفين والاوفلوكساسين يزداد مع ارتفاع pH بسبب التنافر الكهروستاتيكي، بينما ظل حجز الاوفلوكساسين مستقلاً عن هذه التغيرات في الغالب. وبالإضافة إلى ذلك، سجل الغشاء أعلى كفاءة في حجز الأملاح ثنائية التكافؤ مثل كبريتات المغنيسيوم وكبريتات الصوديوم عند تحميله بنسبة 0.05%. ومن ناحية الاستدامة، أظهرت اختبارات المدى الطويل لمدة 48 ساعة استقراراً في الأداء ، كما تميز الغشاء بخصائص فائقة لمقاومة الاتساخ، حيث استعاد 95.03% من تدفقه عند تعرضه لحمض الهيوميك مقارنة بنحو 67.94% فقط في الغشاء التقليدي. وتؤكد هذه البيانات، بما في ذلك المقارنات المرجعية التي تظهر تفوق غشاء UiO-66-(OH)2 TFN بنفاذية تصل إلى 35.09 لتر/م².ساعة.بار وحجز ملحي بنسبة 97.35%، أن هذه التقنية تمثل حلاً اقتصادياً ومستداماً وواعداً لمعالجة مياه الصرف الصيدلانية.

English Abstract

Full Name : Saikou Touray Thesis Title : Hydroxy UiO-66 based nanofiltration membrane for improved removal of pharmaceuticals in aqueous solution. Major Field : Material Science & Engineering Date of Degree : MAY 2026 TFN (Thin-film nanocomposite) nanofiltration membranes were prepared by embedding hydrophilic UiO-66-(OH)₂ metal organic framework nanoparticles into the polyamide selective layer through interfacial polymerization. Systematic studies of the UiO-66-(OH)₂ loadings of 0.025, 0.050, 0.075, and 0.10 wt.% were conducted with the control of a pristine thin-film composite (TFC). The formation of phase pure UiO-66-(OH)₂ and its uniform dispersion in the PA layer at lower MOF loadings was substantiated by XRD and EDX characterizations respectively. However, the particles start forming aggregates at higher MOF loading and thus impacting the membrane performance. Pure water permeance increased linearly with MOF loading, increasing from 5.4 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹ (pristine TFC) to 13.4 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹ at optimal 0.05 wt.% loading. At pH 7, the TFN membrane at 0.05 wt.% showed superior pharmaceutical rejection: 99.03% for ofloxacin, 96.55% for omeprazole, 88.82% for atenolol, and 79.28% for ibuprofen. Rejection increased proportionally with molecular weight, indicating size exclusion as the major mechanism. pH-dependent experiments (pH 3, 7, 9) on an optimized membrane demonstrated that the rejection rate of atenolol, ibuprofen and ofloxacin increased significantly with a higher pH, because of improved electrostatic repulsion whereas ofloxacin rejection was still mostly pH-independent. Divalent salt rejection (MgSO4 and Na2SO4) also was highest at 0.05 wt% loading. Stability tests in the long-term over 48 h showed stable permeance and rejection patterns for both membranes, with minimal decrease in the unmodified TFC. TFN demonstrated good antifouling properties with humic acid providing a flux recovery ratio of 95.03% versus 67.94% in the pristine membrane. These findings confirm the simultaneous enhancement of pure water permeance, pharmaceutical rejection, and antifouling performance of the UiO-66-(OH)₂ incorporated TFN membrane, providing a promising and economically feasible and sustainable process for the treatment and use of pharmaceutical wastewater.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Environmental Civil Engineering > Water and Environmental Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Thesis Advisor:	Wail Falath,
Thesis Co-Advisor:	Nadeem Baigh,
Thesis Committee Members:	Mohamad Qamar,
Depositing User:	SAIKOU TOURAY
Date Deposited:	22 Jun 2026 11:35
Last Modified:	22 Jun 2026 11:35
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144599