Published August 8, 2017 | Version v1
Publication Open

A Novel Fabrication Approach for Multifunctional Graphene-based Thin Film Nano-composite Membranes with Enhanced Desalination and Antibacterial Characteristics

Creators

  • 1. University of South Australia
  • 2. University of Sadat City
  • 3. University of Adelaide

Description

Abstract A practical fabrication technique is presented to tackle the trade-off between the water flux and salt rejection of thin film composite (TFC) reverse osmosis (RO) membranes through controlled creation of a thinner active selective polyamide (PA) layer. The new thin film nano-composite (TFNC) RO membranes were synthesized with multifunctional poly tannic acid-functionalized graphene oxide nanosheets (pTA-f-GO) embedded in its PA thin active layer, which is produced through interfacial polymerization. The incorporation of pTA-f-GOL into the fabricated TFNC membranes resulted in a thinner PA layer with lower roughness and higher hydrophilicity compared to pristine membrane. These properties enhanced both the membrane water flux (improved by 40%) and salt rejection (increased by 8%) of the TFNC membrane. Furthermore, the incorporation of biocidal pTA-f-GO nanosheets into the PA active layer contributed to improving the antibacterial properties by 80%, compared to pristine membrane. The fabrication of the pTA-f-GO nanosheets embedded in the PA layer presented in this study is a very practical, scalable and generic process that can potentially be applied in different types of separation membranes resulting in less energy consumption, increased cost-efficiency and improved performance.

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

Translated Description (Arabic)

يتم تقديم تقنية تصنيع عملية لمعالجة المفاضلة بين تدفق المياه ورفض الملح لأغشية التناضح العكسي ذات الأغشية الرقيقة المركبة (TFC) من خلال الإنشاء المتحكم فيه لطبقة بولي أميد انتقائية نشطة أرق (PA). تم تصنيع أغشية RO المركبة النانوية ذات الأغشية الرقيقة الجديدة (TFNC) باستخدام صفائح نانوية من أكسيد الجرافين متعدد الوظائف من حمض البولي تانيك (pTA - f - GO) مدمجة في طبقة PA الرقيقة النشطة، والتي يتم إنتاجها من خلال البلمرة البينية. أدى دمج pTA - f - GOL في أغشية TFNC المصنعة إلى طبقة PA أرق مع خشونة أقل ومياه أعلى مقارنة بالغشاء البكر. عززت هذه الخصائص كل من تدفق المياه الغشائية (تحسن بنسبة 40 ٪) ورفض الملح (زاد بنسبة 8 ٪) من غشاء TFNC. علاوة على ذلك، ساهم دمج الصفائح النانوية pTA - f - GO المبيد الحيوي في الطبقة النشطة PA في تحسين الخصائص المضادة للبكتيريا بنسبة 80 ٪، مقارنة بالغشاء البكر. يعد تصنيع الصفائح النانوية pTA - f - GO المضمنة في طبقة PA المعروضة في هذه الدراسة عملية عملية للغاية وقابلة للتطوير وعامة يمكن تطبيقها في أنواع مختلفة من أغشية الفصل مما يؤدي إلى استهلاك أقل للطاقة وزيادة كفاءة التكلفة وتحسين الأداء.

Translated Description (French)

Résumé Une technique de fabrication pratique est présentée pour s'attaquer au compromis entre le flux d'eau et le rejet de sel des membranes d'osmose inverse (RO) en composite à film mince (TFC) grâce à la création contrôlée d'une couche de polyamide sélectif actif (PA) plus mince. Les nouvelles membranes RO nanocomposites en couches minces (TFNC) ont été synthétisées avec des nanosheets d'oxyde de graphène multifonctionnels fonctionnalisés par l'acide polytannique (pTA-f-GO) intégrés dans sa couche active mince PA, qui est produite par polymérisation interfaciale. L'incorporation de pTA-f-GOL dans les membranes TFNC fabriquées a entraîné une couche de PA plus mince avec une rugosité plus faible et une hydrophilie plus élevée par rapport à la membrane vierge. Ces propriétés ont amélioré à la fois le flux d'eau de la membrane (amélioré de 40%) et le rejet de sel (augmenté de 8%) de la membrane TFNC. De plus, l'incorporation de nanosheets biocides pTA-f-GO dans la couche active PA a contribué à améliorer les propriétés antibactériennes de 80%, par rapport à une membrane vierge. La fabrication des nanofeuilles pTA-f-GO intégrées dans la couche PA présentée dans cette étude est un processus très pratique, évolutif et générique qui peut potentiellement être appliqué dans différents types de membranes de séparation, entraînant une consommation d'énergie moindre, une rentabilité accrue et des performances améliorées.

Translated Description (Spanish)

Resumen Se presenta una técnica de fabricación práctica para abordar la compensación entre el flujo de agua y el rechazo de sal de membranas de ósmosis inversa (RO) de material compuesto de película delgada (TFc) a través de la creación controlada de una capa de poliamida (PA) selectiva activa más delgada. Las nuevas membranas de RO de nanocompuesto de película delgada (TFNC) se sintetizaron con nanohojas multifuncionales de óxido de grafeno funcionalizadas con ácido politánico (pTA-f-GO) incrustadas en su capa activa delgada de PA, que se produce mediante polimerización interfacial. La incorporación de pTA-f-GOL en las membranas de TFNC fabricadas dio como resultado una capa de PA más delgada con menor rugosidad y mayor hidrofilicidad en comparación con la membrana prístina. Estas propiedades mejoraron tanto el flujo de agua de la membrana (mejorado en un 40%) como el rechazo de sal (aumentado en un 8%) de la membrana TFNC. Además, la incorporación de nanohojas biocidas pTA-f-GO en la capa activa de PA contribuyó a mejorar las propiedades antibacterianas en un 80%, en comparación con la membrana prístina. La fabricación de las nanoláminas de pTA-f-GO incrustadas en la capa de PA presentada en este estudio es un proceso muy práctico, escalable y genérico que potencialmente se puede aplicar en diferentes tipos de membranas de separación, lo que resulta en un menor consumo de energía, una mayor rentabilidad y un mejor rendimiento.

Files

s41598-017-07531-y.pdf.pdf

Files (4.7 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
md5:009a876f6964f03e929685de6081aa60
4.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نهج تصنيع جديد للأغشية الرقيقة المركبة النانوية متعددة الوظائف القائمة على الجرافين مع تحلية محسنة وخصائص مضادة للبكتيريا
Translated title (French)
Une nouvelle approche de fabrication pour les membranes nanocomposites à film mince à base de graphène multifonctionnel avec dessalement amélioré et caractéristiques antibactériennes
Translated title (Spanish)
Un nuevo enfoque de fabricación para membranas multifuncionales de nanocompuesto de película delgada a base de grafeno con características antibacterianas y de desalinización mejoradas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2740639953
DOI
10.1038/s41598-017-07531-y

Is supplement to
https://openalex.org/W4386914111 (Other)
https://openalex.org/W4280627802 (Other)
https://openalex.org/W3195581406 (Other)
https://openalex.org/W3032897413 (Other)
https://openalex.org/W2946828316 (Other)
https://openalex.org/W2562011676 (Other)
https://openalex.org/W2363601169 (Other)
https://openalex.org/W2353754193 (Other)
https://openalex.org/W2202827033 (Other)
https://openalex.org/W2035093710 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W118417999
  • https://openalex.org/W118720085
  • https://openalex.org/W1822614884
  • https://openalex.org/W1964387049
  • https://openalex.org/W1973001249
  • https://openalex.org/W1981491083
  • https://openalex.org/W1992838745
  • https://openalex.org/W1998694783
  • https://openalex.org/W2002753241
  • https://openalex.org/W2005205293
  • https://openalex.org/W2011759111
  • https://openalex.org/W2022731012
  • https://openalex.org/W2024933818
  • https://openalex.org/W2031457999
  • https://openalex.org/W2034376538
  • https://openalex.org/W2037177468
  • https://openalex.org/W2042136281
  • https://openalex.org/W2044128247
  • https://openalex.org/W2045492376
  • https://openalex.org/W2064409425
  • https://openalex.org/W2068696437
  • https://openalex.org/W2068758627
  • https://openalex.org/W2077468274
  • https://openalex.org/W2083149949
  • https://openalex.org/W2092184047
  • https://openalex.org/W2093029144
  • https://openalex.org/W2096623033
  • https://openalex.org/W2110791557
  • https://openalex.org/W2116490668
  • https://openalex.org/W2134387483
  • https://openalex.org/W2135350520
  • https://openalex.org/W2140735070
  • https://openalex.org/W2160822180
  • https://openalex.org/W2167876394
  • https://openalex.org/W2220844832
  • https://openalex.org/W2285006317
  • https://openalex.org/W2288852195
  • https://openalex.org/W2289018978
  • https://openalex.org/W2320527472
  • https://openalex.org/W2338743424
  • https://openalex.org/W236041936
  • https://openalex.org/W2427770444
  • https://openalex.org/W4233194460
  • https://openalex.org/W4238382318
  • https://openalex.org/W4300721728