Published January 12, 2024 | Version v1
Publication Open

Synthesis and characterization of an innovative sodium alginate/flaxseed gum green hydrogel for forward osmosis desalination

Creators

  • 1. Alexandria University
  • 2. Alexandria Higher Institute of Engineering and Technology
  • 3. Washington University in St. Louis
  • 4. City of Scientific Research and Technological Applications

Description

Abstract Recently, fresh water resources have been limited globally. Thus, desalination has been the most recommended solution to overcome this issue. Forward osmosis (FO) is an affordable and developing desalination technique. In this current study, a cutting-edge green hydrogel was prepared from a polymer blend of flaxseed gum (FG) and sodium alginate using epichlorohydrin (ECH) as a crosslinker and polyethylene glycol (PEG) as a semi-interpenetrating network polymer. The impact of PEG incorporation on the hydrogel's response was investigated, and the influence of different mass contents of FG and ECH on the swelling measurements of the hydrogel was studied to optimize the composition of the hydrogel. The optimum hydrogel was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, and X-ray diffraction and the compressive strength test. Furthermore, the behavior of the present hydrogel was examined as a draw agent in a batch FO unit. The water flux and the reverse solute flux were measured at various values of average hydrogel particle size and feed solution (FS) temperature and concentration. The optimal hydrogel of 0.3 PEG/polymer blend mass ratio, 12% FG, and 0.95 ECH/polymer blend mass ratio exhibits a swelling ratio (%) of 1800 after an hour and an equilibrium swelling ratio (ESR) (%) of 5300. The results of the FO experiments revealed that raising FS temperature and reducing FS concentration and average hydrogel particle size enhance water flux.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في الآونة الأخيرة، كانت موارد المياه العذبة محدودة على مستوى العالم. وبالتالي، كانت تحلية المياه هي الحل الأكثر توصية للتغلب على هذه المشكلة. التناضح الأمامي (FO) هو تقنية تحلية مياه ميسورة التكلفة ومتطورة. في هذه الدراسة الحالية، تم تحضير هيدروجيل أخضر متطور من مزيج بوليمر من صمغ بذور الكتان (FG) وجينات الصوديوم باستخدام إبيكلوروهيدرين (ECH) كحلقة وصل تشابكية وبولي إيثيلين جليكول (PEG) كالبوليمر شبه المخترق للشبكة. تم التحقيق في تأثير دمج PEG على استجابة الهيدروجيل، ودرس تأثير محتويات الكتلة المختلفة لـ FG و ECH على قياسات التورم للهيدروجيل لتحسين تكوين الهيدروجيل. تميز الهلام المائي الأمثل بتحويل فورييه لمطياف الأشعة تحت الحمراء، والمسح المجهري الإلكتروني، وانحراف الأشعة السينية واختبار قوة الانضغاط. علاوة على ذلك، تم فحص سلوك الهلام المائي الحالي كعامل سحب في وحدة دفعة FO. تم قياس تدفق الماء وتدفق المذاب العكسي عند قيم مختلفة لمتوسط حجم جسيمات الهلام المائي ودرجة حرارة وتركيز محلول التغذية (FS). يُظهر الهلام المائي الأمثل البالغ 0.3 PEG/نسبة كتلة مزيج البوليمر، و 12 ٪ FG، و 0.95 ECH/نسبة كتلة مزيج البوليمر نسبة انتفاخ (٪) تبلغ 1800 بعد ساعة ونسبة انتفاخ التوازن (ESR) (٪) تبلغ 5300. كشفت نتائج تجارب FO أن رفع درجة حرارة FS وتقليل تركيز FS ومتوسط حجم جسيمات الهيدروجيل يعززان تدفق المياه.

Translated Description (French)

Résumé Récemment, les ressources en eau douce ont été limitées dans le monde. Ainsi, le dessalement a été la solution la plus recommandée pour surmonter ce problème. L'osmose avant (FO) est une technique de dessalement abordable et en développement. Dans cette étude actuelle, un hydrogel vert de pointe a été préparé à partir d'un mélange de polymères de gomme de lin (FG) et d'alginate de sodium en utilisant l'épichlorhydrine (ECH) comme réticulant et le polyéthylène glycol (PEG) comme polymère de réseau semi-interpénétrant. L'impact de l'incorporation de PEG sur la réponse de l'hydrogel a été étudié, et l'influence de différentes teneurs massiques de FG et d'ECH sur les mesures de gonflement de l'hydrogel a été étudiée pour optimiser la composition de l'hydrogel. L'hydrogel optimal a été caractérisé par la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, la microscopie électronique à balayage, la diffraction des rayons X et le test de résistance à la compression. En outre, le comportement du présent hydrogel a été examiné en tant qu'agent d'étirage dans une unité FO par lots. Le flux d'eau et le flux de soluté inverse ont été mesurés à diverses valeurs de la taille moyenne des particules d'hydrogel et de la température et de la concentration de la solution d'alimentation (FS). L'hydrogel optimal de 0,3 rapport massique PEG/mélange de polymères, 12 % FG et 0,95 rapport massique ECH/mélange de polymères présente un rapport de gonflement (%) de 1800 après une heure et un rapport de gonflement à l'équilibre (ESR) (%) de 5300. Les résultats des expériences FO ont révélé que l'augmentation de la température FS et la réduction de la concentration FS et de la taille moyenne des particules d'hydrogel améliorent le flux d'eau.

Translated Description (Spanish)

Resumen Recientemente, los recursos de agua dulce han sido limitados a nivel mundial. Así, la desalinización ha sido la solución más recomendada para superar este problema. La ósmosis directa (FO) es una técnica de desalinización asequible y en desarrollo. En este estudio actual, se preparó un hidrogel verde de vanguardia a partir de una mezcla de polímeros de goma de linaza (FG) y alginato de sodio utilizando epiclorhidrina (ECH) como reticulante y polietilenglicol (PEG) como polímero de red semi-interpenetrante. Se investigó el impacto de la incorporación de PEG en la respuesta del hidrogel y se estudió la influencia de diferentes contenidos de masa de FG y ECH en las mediciones de hinchamiento del hidrogel para optimizar la composición del hidrogel. El hidrogel óptimo se caracterizó por espectroscopía infrarroja de transformada de Fourier, microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X y la prueba de resistencia a la compresión. Además, se examinó el comportamiento del presente hidrogel como agente de extracción en una unidad de FO por lotes. El flujo de agua y el flujo inverso de soluto se midieron a varios valores de tamaño medio de partícula de hidrogel y temperatura y concentración de la solución de alimentación (FS). El hidrogel óptimo de 0.3 PEG/relación de masa de mezcla de polímero, 12% FG y 0.95 ECH/relación de masa de mezcla de polímero exhibe una relación de hinchamiento (%) de 1800 después de una hora y una relación de hinchamiento de equilibrio (ESR) (%) de 5300. Los resultados de los experimentos de FO revelaron que el aumento de la temperatura del FS y la reducción de la concentración de FS y el tamaño medio de partícula del hidrogel mejoran el flujo de agua.

Files

s13201-023-02080-4.pdf.pdf

Files (1.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:ea2eed5e2ca7900fec6bef80f6cc0dbe
1.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تركيب وتوصيف هلام مائي أخضر مبتكر من ألجينات الصوديوم/بذور الكتان لتحلية المياه بالتناضح الأمامي
Translated title (French)
Synthèse et caractérisation d'un hydrogel vert innovant d'alginate de sodium/gomme de lin pour le dessalement par osmose avant
Translated title (Spanish)
Síntesis y caracterización de un innovador hidrogel verde de alginato de sodio/goma de linaza para la desalinización por ósmosis directa

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4390816333
DOI
10.1007/s13201-023-02080-4

Is supplement to
https://openalex.org/W438108273 (Other)
https://openalex.org/W4283690982 (Other)
https://openalex.org/W2604602950 (Other)
https://openalex.org/W2539365580 (Other)
https://openalex.org/W2369145923 (Other)
https://openalex.org/W2368036929 (Other)
https://openalex.org/W2160163390 (Other)
https://openalex.org/W2064491536 (Other)
https://openalex.org/W2050465512 (Other)
https://openalex.org/W1872089867 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1019363471
  • https://openalex.org/W15668222
  • https://openalex.org/W1570078846
  • https://openalex.org/W1572777747
  • https://openalex.org/W1782250660
  • https://openalex.org/W1982919532
  • https://openalex.org/W1993629298
  • https://openalex.org/W2001942885
  • https://openalex.org/W2008804733
  • https://openalex.org/W2013648932
  • https://openalex.org/W2025175218
  • https://openalex.org/W2026780757
  • https://openalex.org/W2042617428
  • https://openalex.org/W2047302749
  • https://openalex.org/W2050438642
  • https://openalex.org/W2056901195
  • https://openalex.org/W2061476574
  • https://openalex.org/W2064308610
  • https://openalex.org/W2071350366
  • https://openalex.org/W2074769897
  • https://openalex.org/W2077468274
  • https://openalex.org/W2078259489
  • https://openalex.org/W2110905241
  • https://openalex.org/W2324829258
  • https://openalex.org/W2405804550
  • https://openalex.org/W2597183198
  • https://openalex.org/W2601934086
  • https://openalex.org/W2625994863
  • https://openalex.org/W2766393984
  • https://openalex.org/W2792281332
  • https://openalex.org/W2808841431
  • https://openalex.org/W2896891171
  • https://openalex.org/W2912138633
  • https://openalex.org/W2922324946
  • https://openalex.org/W2923962651
  • https://openalex.org/W2953079058
  • https://openalex.org/W3009278271
  • https://openalex.org/W3017384336
  • https://openalex.org/W3027534775
  • https://openalex.org/W3080744431
  • https://openalex.org/W3107843502
  • https://openalex.org/W3116121560
  • https://openalex.org/W3153726433
  • https://openalex.org/W3200059189
  • https://openalex.org/W4200386357
  • https://openalex.org/W4211160434
  • https://openalex.org/W4223936030
  • https://openalex.org/W4283728838
  • https://openalex.org/W4284690702
  • https://openalex.org/W4304761925
  • https://openalex.org/W4308333341
  • https://openalex.org/W4323667421
  • https://openalex.org/W560757485