Published May 1, 2022
| Version v1
Publication
Open
Thin-film nanocomposite forward osmosis membrane for water desalination: synthesis, characterization and performance improvement
- 1. Alexandria University
- 2. National Institute of Oceanography and Fisheries
Description
Abstract The major scope of this study is the fabrication and development of a substrate and polyamide rejection layer for an efficient thin-film hydrophilic composite forward osmosis (TFC-FO) membrane. Fabrication of a thin-film nanocomposite forward osmosis membrane employing interfacial polymerization and modification of substrate characteristics using titanium dioxide (TiO2) nanoparticles as additives (TFNC-FO) are studied. Characterizations of the prepared TFC-FO and TFNC-FO membranes were determined. The morphologies of cross-section, upper and bottom surfaces for the TFC-FO and TFNC-FO membranes were studied using scanning electron microscopy (SEM). Energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy was used to examine the compositions of different elements for both membranes. The hydrophilicity of the prepared TFC-FO and TFNC-FO membranes was investigated using the measurement of the contact angle test. A Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectrophotometer was used to observe the existing functional groups of the TFC-FO and TFNC-FO membranes. The thermal stability of the membrane was evaluated via thermogravimetric analysis (TGA). The overall performance of TFC-FO membranes was evaluated with and without adding TiO2 nanoparticles through different parameters, such as membrane flux, initial feed concentration, draw solution concentrations, reverse solute fluxes, membrane permeabilities, and finally, the effect of FO membrane orientations. FO membrane performance was successfully enhanced by adding different concentrations of TiO2 nanoparticles from 0.5 to 1.5 wt%. The findings indicated that an increase in the concentration from 0.5 to 1 wt% leads to a clear increase in both the porosity and hydrophilicity of the nanocomposite substrate and consequently, an increase in the water flux. However, further increasing the concentration of TiO2 nanoparticles to more than 1 wt% affects the membrane performance.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الملخص النطاق الرئيسي لهذه الدراسة هو تصنيع وتطوير طبقة رفض الركيزة والبولي أميد لغشاء تناضح أمامي مركب رقيق الغشاء (TFC - FO). تصنيع غشاء تناضح أمامي مركب نانوي ذو غشاء رقيق يستخدم البلمرة البينية وتعديل خصائص الركيزة باستخدام جسيمات نانوية من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) كإضافات (TFNC - FO). تم تحديد خصائص أغشية TFC - FO و TFNC - FO المحضرة. تمت دراسة مورفولوجيات المقطع العرضي والأسطح العلوية والسفلية لأغشية TFC - FO و TFNC - FO باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). تم استخدام مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) لفحص تركيبات العناصر المختلفة لكلا الغشاءين. تم التحقيق في ماء أغشية TFC - FO و TFNC - FO المحضرة باستخدام قياس اختبار زاوية التلامس. تم استخدام مقياس طيف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FT - IR) لمراقبة المجموعات الوظيفية الحالية لأغشية TFC - FO و TFNC - FO. تم تقييم الاستقرار الحراري للغشاء عن طريق تحليل قياس الجاذبية الحرارية (TGA). تم تقييم الأداء العام لأغشية TFC - FO مع وبدون إضافة جسيمات TiO2 النانوية من خلال معلمات مختلفة، مثل تدفق الغشاء، وتركيز التغذية الأولي، وتركيزات محلول السحب، وتدفق المذاب العكسي، ونفاذية الغشاء، وأخيرًا، تأثير اتجاهات غشاء FO. تم تحسين أداء غشاء FO بنجاح عن طريق إضافة تركيزات مختلفة من جسيمات TiO2 النانوية من 0.5 إلى 1.5 ٪ بالوزن. أشارت النتائج إلى أن الزيادة في التركيز من 0.5 إلى 1 ٪ بالوزن تؤدي إلى زيادة واضحة في كل من مسامية وألفة الماء للركيزة المركبة النانوية وبالتالي زيادة في تدفق المياه. ومع ذلك، فإن زيادة تركيز جسيمات TiO2 النانوية إلى أكثر من 1 ٪ بالوزن يؤثر على أداء الغشاء.Translated Description (French)
Résumé La portée majeure de cette étude est la fabrication et le développement d'un substrat et d'une couche de rejet en polyamide pour une membrane efficace d'osmose avant composite hydrophile en couches minces (TFC-FO). La fabrication d'une membrane d'osmose avant nanocomposite à couche mince utilisant la polymérisation interfaciale et la modification des caractéristiques du substrat en utilisant des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) comme additifs (TFNC-FO) est étudiée. Les caractérisations des membranes TFC-FO et TFNC-FO préparées ont été déterminées. Les morphologies de la section transversale, des surfaces supérieure et inférieure des membranes TFC-FO et TFNC-FO ont été étudiées par microscopie électronique à balayage (MEB). La spectroscopie aux rayons X à dispersion d'énergie (EDX) a été utilisée pour examiner les compositions de différents éléments pour les deux membranes. L'hydrophilie des membranes TFC-FO et TFNC-FO préparées a été étudiée à l'aide de la mesure de l'essai d'angle de contact. Un spectrophotomètre infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) a été utilisé pour observer les groupes fonctionnels existants des membranes TFC-FO et TFNC-FO. La stabilité thermique de la membrane a été évaluée par analyse thermogravimétrique (ATG). La performance globale des membranes TFC-FO a été évaluée avec et sans ajout de nanoparticules de TiO2 à travers différents paramètres, tels que le flux membranaire, la concentration initiale de l'alimentation, les concentrations de la solution de soutirage, les flux de solutés inverses, les perméabilités membranaires et enfin, l'effet des orientations de la membrane FO. Les performances de la membrane FO ont été améliorées avec succès en ajoutant différentes concentrations de nanoparticules de TiO2 de 0,5 à 1,5 % en poids. Les résultats ont indiqué qu'une augmentation de la concentration de 0,5 à 1 % en poids entraîne une nette augmentation à la fois de la porosité et de l'hydrophilie du substrat nanocomposite et, par conséquent, une augmentation du flux d'eau. Cependant, l'augmentation supplémentaire de la concentration de nanoparticules de TiO2 à plus de 1 % en poids affecte les performances de la membrane.Translated Description (Spanish)
Resumen El alcance principal de este estudio es la fabricación y el desarrollo de un sustrato y una capa de rechazo de poliamida para una membrana de ósmosis directa compuesta hidrófila de película delgada (TFc-FO) eficiente. Se estudia la fabricación de una membrana de ósmosis directa de nanocompuesto de película delgada que emplea polimerización interfacial y modificación de las características del sustrato utilizando nanopartículas de dióxido de titanio (Tío2) como aditivos (TFNC-FO). Se determinaron las caracterizaciones de las membranas TFC-FO y TFNC-FO preparadas. Las morfologías de las superficies de sección transversal, superior e inferior para las membranas TFC-FO y TFNC-FO se estudiaron utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM). Se utilizó espectroscopia de rayos X dispersivos de energía (edX) para examinar las composiciones de diferentes elementos para ambas membranas. La hidrofilicidad de las membranas de TFc-FO y TFNC-FO preparadas se investigó utilizando la medición de la prueba del ángulo de contacto. Se utilizó un espectrofotómetro infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR) para observar los grupos funcionales existentes de las membranas TFc-FO y TFNC-FO. La estabilidad térmica de la membrana se evaluó mediante análisis termogravimétrico (TGA). El rendimiento general de las membranas de TFc-FO se evaluó con y sin la adición de nanopartículas de Tío2 a través de diferentes parámetros, como el flujo de membrana, la concentración de alimentación inicial, las concentraciones de la solución de extracción, los flujos inversos de soluto, las permeabilidades de la membrana y, finalmente, el efecto de las orientaciones de la membrana de FO. El rendimiento de la membrana de FO se mejoró con éxito mediante la adición de diferentes concentraciones de nanopartículas de Tío2 de 0,5 a 1,5% en peso. Los hallazgos indicaron que un aumento en la concentración de 0.5 a 1% en peso conduce a un claro aumento tanto en la porosidad como en la hidrofilicidad del sustrato de nanocompuesto y, en consecuencia, a un aumento en el flujo de agua. Sin embargo, aumentar aún más la concentración de nanopartículas de Tío2 a más del 1% en peso afecta el rendimiento de la membrana.Files
wqrjc0570072.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- غشاء التناضح الأمامي المركب النانوي ذو الأغشية الرقيقة لتحلية المياه: التوليف والتوصيف وتحسين الأداء
- Translated title (French)
- Membrane d'osmose avant nanocomposite à film mince pour le dessalement de l'eau : synthèse, caractérisation et amélioration des performances
- Translated title (Spanish)
- Membrana de ósmosis directa de nanocompuesto de película delgada para la desalinización del agua: síntesis, caracterización y mejora del rendimiento
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4280627802
- DOI
- 10.2166/wqrj.2022.034
References
- https://openalex.org/W1967369862
- https://openalex.org/W1968393772
- https://openalex.org/W1977104058
- https://openalex.org/W1978673198
- https://openalex.org/W1985169898
- https://openalex.org/W1997652146
- https://openalex.org/W2005290422
- https://openalex.org/W2023528727
- https://openalex.org/W2025175218
- https://openalex.org/W2032295431
- https://openalex.org/W2045492376
- https://openalex.org/W2048731872
- https://openalex.org/W2055978365
- https://openalex.org/W2058796468
- https://openalex.org/W2075539279
- https://openalex.org/W2080092908
- https://openalex.org/W2080179375
- https://openalex.org/W2109453811
- https://openalex.org/W2110311529
- https://openalex.org/W2120289377
- https://openalex.org/W2136443636
- https://openalex.org/W2143423093
- https://openalex.org/W2153698957
- https://openalex.org/W2167945968
- https://openalex.org/W2204947852
- https://openalex.org/W2295291416
- https://openalex.org/W2324852424
- https://openalex.org/W2531797577
- https://openalex.org/W2562655257
- https://openalex.org/W2612750422
- https://openalex.org/W2615218542
- https://openalex.org/W2746076486
- https://openalex.org/W3111119572
- https://openalex.org/W3122089192
- https://openalex.org/W3128435154
- https://openalex.org/W3129392139
- https://openalex.org/W3175475581
- https://openalex.org/W3183475880
- https://openalex.org/W3193029363
- https://openalex.org/W4285056058
- https://openalex.org/W639767525