Chemistry Researches

Chemistry Researches

تهیه و بررسی عملکرد نمک‌زدایی غشاهای نانوکامپوزیتی فیلم نازک اصلاح‌ شده با استفاده از نانوصفحه‌های WS2 و نانوکامپوزیت WS2/CuAl LDH به روش اسمز مستقیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
مجتبی باقرزاده 1
محمد نیکخو 2
محمدمهدی احدیان 2
مجتبی امینی 3
1 دانشکده شیمی - دانشگاه صنعتی شریف
2 پژوهشکده علوم و فناوری نانو، دانشگاه صنعتی شریف
3 گروه شیمی معدنی،دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز
10.22036/cr.2023.377084.1200
چکیده
طراحی غشاهای کارآمد برای نمک‌زدایی به منظور کمک به کاهش بحران کمبود آب موضوع مطالعات مختلف بوده است. در این مطالعه ابتدا نانوصفحات WS2 تهیه و سطح غشاهای کامپوزیت لایه نازک (TFC) توسط آنها اصلاح شد. پس از آن، نانوکامپوزیت جدید متشکل از نانوصفحات CuAl LDH و WS2 به روش هیدروترمال سنتز شد و نوع جدیدی از غشاهای نانوکامپوزیت لایه نازک (TFN) با استفاده از آنها ساخته شد. سپس عملکرد تمام غشاهای تهیه شده در فرآیند اسمز مستقیم (FO) مورد مطالعه قرار گرفت. اثرات ترکیبات تهیه شده بر مورفولوژی، ساختار شیمیایی، آب‌دوستی و توپولوژی لایه فعال پلی آمید (PA) با استفاده از آنالیزهای FE-SEM، FT-IR، EDX، XRD، AFM و زاویه تماس آب بررسی شد. در نهایت با مقایسه نتایج برای هر دو نوع غشا اصلاح شده، غشا حاوی 025/0 درصد وزنی اصلاح کننده نانوکامپوزیت بیشترین شار آب (LMH 30/29) و گزینش‌پذیری (g/L 38/0) را نشان داد که به عنوان غشا بهینه انتخاب شد.

چکیده تصویری

تهیه و بررسی عملکرد نمک‌زدایی غشاهای نانوکامپوزیتی فیلم نازک اصلاح‌ شده با استفاده از نانوصفحه‌های WS2 و نانوکامپوزیت WS2/CuAl LDH به روش اسمز مستقیم
کلیدواژه‌ها
اسمز مستقیم
دی کالکوژنید فلزهای واسطه
هیدروکسیدهای دوگانه لایه‌ای
غشای نانوکامپوزیتی فیلم نازک
نمک‌زدایی

موضوعات

عنوان مقاله English

Preparation and evaluation of desalination performance of modified thin film nanocomposite membranes using WS2 nanosheets and WS2/CuAl LDH nanocomposite by forward osmosis

نویسندگان English

Mojtaba Bagherzadeh 1
Mohammad Nikkhoo 2
Mohammad Mahdi Ahadian 2
Mojtaba Amini 3
1 Chemistry Department, Sharif University of Technology
2 Institute for Nanoscience and Technology, Sharif University of Technology
3 Department of Inorganic Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Tabriz
چکیده English

The design of efficient membranes for desalination in order to help alleviate the water shortage crisis has been the subject of various studies. In this study, WS2 nanosheets were first prepared and the surface of thin film composite (TFC) membranes was modified by them. After that, a new nanocomposite consisting of CuAl LDH and WS2 nanosheets was synthesized by hydrothermal method and a new type of thin film nanocomposite (TFN) membranes were made using them. Then the performance of all prepared membranes in the forward osmosis (FO) process was studied. The effects of the prepared compounds on the morphology, chemical structure, hydrophilicity and topology of the polyamide (PA) active layer were investigated using FE-SEM, FT-IR, EDX, XRD, AFM and water contact angle analyses. Finally, by comparing the results for both types of modified membranes the membrane containing 0.025% by weight of the nanocomposite modifier showed the highest water flux (29.30 LMH) and selectivity (0.38 g/L), which is the optimal membrane. Selected.

کلیدواژه‌ها English

Forward osmosis
Transition metal dichalcogenides
layered double hydroxides
Thin-film nanocomposite membrane
Desalination
[1] C.  J. Vörösmarty, P. Green, J. Salisbury, R.  B. Lammers, Science 289, 284 (2000).
[2] M.  A. Montgomery, M. Elimelech, Environ. Sci. Technol. 41, 17 (2007).
[3] S. Thatai, R. Verma, P. Khurana, P. Goel, D. Kumar, Springer Cham. 21 (2019).
[4] N. Akther, A. Sodiq, A. Giwa, S. Daer, H.  A. Arafat, S. W. Hasan, Chem. Eng. J. 281, 502 (2015).
[5] S. Zhao, L. Zou, C.  Y. Tang, D. Mulcahy, J. Memb. Sci. 396, 1 (2012).
[6] P. Lu, Y. Gao, A. Umar, T. Zhou, J. Wang, Z. Zhang, L. Huang, Q. Wang, Sci. Adv. Mater. 7, 2182 (2015).
[7] M. Bagherzadeh, A. Bayrami, M. Amini, J. Water Process Eng. 33, 101107 (2020).
[8] B. Mi, M. Elimelech, J. Memb. Sci. 348, 337 (2010).
[9] M.  Amini,   M. Seifi,  A. Akbari,  M. Hosseinifard, Polyhedron 179, 114362 (2020).
[10] D. L. Zhao, S. Japip, Y. Zhang, M. Weber, C. Maletzko, T.  -S. Chung, Water Res. 173, 115557
(2020).
[11] N. Y. Yip, A. Tiraferri, W. A. Phillip, J. D. Schiffman, M. Elimelech, Environ. Sci. Technol. 44,
3812 (2010).
[12] H. Choi, A. A. Shah, S.  -E. Nam, Y.  -I. Park, H. Park, Desalination 449, 41 (2019).
[13] S. Gravelle, L. Joly, F. Detcheverry, C. Ybert, C. Cottin-Bizonne, L. Bocquet, Proc. Natl. Acad. Sci.
110, 16367 (2013).
[14] M. Heiranian, A.  B. Farimani, N.  R. Aluru, Nat. Commun. 6, 1 (2015).
[15] Z. Wang, B. Mi, Environ. Sci. Technol. 51, 8229 (2017).
[16] K. Huang, G. Liu, Y. Lou, Z. Dong, J. Shen, W. Jin, Angew. Chem. 126, 7049 (2014).
[17] A. K. Mishra, S. Ramaprabhu, Desalination 282, 39 (2011).
[18] S. Zheng, B. Mi, Environ. Sci. Water Res. Technol. 2, 717 (2016).
[19] M.  -N. Li, X.  -F. Sun, L. Wang, S.  -Y. Wang, M. Z. Afzal, C. Song, S.  -G. Wang, Desalination 436, 107 (2018).
[20] M.  -Q. Ma, C. Zhang, C.  -Y. Zhu, S. Huang, J. Yang, Z.  -K. Xu, J. Memb. Sci. 591, 117316 (2019).
[21] P. Cheng, Y. Chen, Y.  -H. Gu, X. Yan, W.  -Z. Lang, J. Memb. Sci. 591, 117308 (2019).
[22] L. Sun, H. Huang, X. Peng, Chem. Commun. 49, 10718 (2013).
[23] R. Pourfaraj, S. J. Fatemi, S. Y. Kazemi, P. Biparva, J. Colloid Interface Sci. 508, 65 (2017).
[24] M. Xu, B. Bi, B. Xu, Z. Sun, L. Xu, Appl. Clay Sci. 157, 86 (2018).
[25] P. Lu, S. Liang, L. Qiu, Y. Gao, Q. Wang, J. Memb. Sci. 504, 196 (2016).
[26] B. M. Choudary, S. Madhi, N. S. Chowdari, M. L. Kantam, B. Sreedhar, J. Am. Chem. Soc. 124, 14127 (2002).
[27] Q. Wang, D. O’Hare, Chem. Rev. 112, 4124 (2012).
[28] M. Shao, F. Ning, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, Adv. Funct. Mater. 24, 580 (2014).
[29] R. Botan, T. R. Nogueira, F. Wypych, L. M. F. Lona, Polym. Eng. Sci. 52, 1754 (2012).
[30] S. J. Kim, Y. Lee, D. K. Lee, J. W. Lee, J. K. Kang, J. Mater. Chem. A 2, 4136 (2014).
[31] Q. Zhao, D. L. Zhao, F. Feng, T.  -S. Chung, S. B. Chen, Desalination 527, 115583 (2022).
[32] N. T. Shelke, B. R. Karche, J. Alloys Compd. 653, 298 (2015).
[33] S. Nayak, G. Swain, K. Parida, ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 20923 (2019).
[34] A. Bayrami, M. Bagherzadeh, H. Navi, M. Chegeni, M. Hosseinifard,  M. Amini,  Desalination 521, 115386 (2022).
[35] A. Bayrami, M. Bagherzadeh, H. Navi, M. Nikkhoo, M. Amini, New J. Chem. 46, 15205
(2022).
[36] X. Zhang, J. Wang, H. Xu, H. Tan, X. Ye, Nanomater. 9, 840 (2019).
[37] Z. Yuan, Q. Jiang, C. Feng, X. Chen, Z. Guo, J. Electron. Mater. 47, 251 (2018).
[38] H. Hwang, H. Kim, J. Cho, Nano Lett. 11, 4826 (2011).
[39] N. T. Thao, Chem. Eng. J. 279, 840 (2015).
[40] S. Hadadpour, I. Tavakol, Z. Shabani, T. Mohammadi, M. A. Tofighy, S. Sahebi, J. Environ.
Chem. Eng. 9, 104880 (2021).
[41] S. Zhu, S. Zhao, Z. Wang, X. Tian, M. Shi, J.  Wang, S. Wang, J. Memb. Sci. 493, 263 (2015).
[42] X. Song, Y. Zhang, H. M. Abdel-Ghafar, E.-S. A. Abdel-Aal, M. Huang, S. Gul, H. Jiang, Chem. Eng. J. 412, 128607 (2021).
[43] B. Khorshidi, T. Thundat, B. A. Fleck, M. Sadrzadeh, RSC Adv. 5, 54985 (2015).
[44] M. Wu, T. Ma, Y. Su, H. Wu, X. You, Z. Jiang, R. Kasher, J. Memb. Sci. 544, 79 (2017).
[45] A. Shakeri, R. Razavi, H. Salehi, M. Fallahi, T. Eghbalazar, Appl. Surf. Sci. 481, 811 (2019).
[46] H. Salehi, A. Shakeri, H. Naslhajian, M. Amini, J. Polym. Res. 26, 48 (2019).
[47] A. Shakeri, S. M.  M. Babaheydari, H. Salehi, S.R. Razavi, Langmuir 37, 7591 (2021).
[48] H.  C. Bidsorkhi, H. Riazi, D. Emadzadeh, M. Ghanbari, T. Matsuura, W.  J. Lau, A.  F. Ismail,
Nanotechnol. 27, 415706 (2016).
[49] X. Wang, C. Wu, T. Zhu, P. Li, S. Xia, Chemosphere 256, 127099 (2020).
[50] P. Lu, W. Li, S. Yang, Y. Liu, Q. Wang, Y. Li, Sep. Purif. Technol. 220, 231 (2019).
[51] A. Shakeri, H. Salehi, F. Ghorbani, M. Amini, H. Naslhajian, J. Colloid Interface Sci. 536, 328 (2019).
[52] L. Peng, Sh. Liang, T. Zhou, X. Mei, Y.  Zhang, Ch. Zhang, RSC Adv. 61, 56599 (2016).
[53] D. Ma, S. B. Peh, G. Han, S. B. Chen, ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 7523 (2017).
[54] M. Amini, H. Naslhajian, A. Akbari, S. M. F. Farnia, E. Jabbari, S. Gautam, K. H. Chae,
Polyhedron, 168, 138 (2019).
[55] N. Ma, J. Wei, R. Liao, C. Y. Tang, J. Memb. Sci. 405, 149 (2012).

  • تاریخ دریافت 29 آذر 1401
  • تاریخ بازنگری 17 بهمن 1401
  • تاریخ پذیرش 18 بهمن 1401