Chemistry Researches

Chemistry Researches

بررسی انرژی سطحی غشاهای مبادله‌کننده‌ی کاتیون حاوی گرافن اکسید و ارزیابی ویژگی-های عملکردی آن‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
سیده مریم ضیاء فیروزآبادی 1
لیلا ناجی 2
لیلا قدیری 3
1 گروه شیمی تجزیه، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.
2 گروه شیمی تجزیه، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
3 گروه شیمی تجزیه، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران ، ایران
10.22036/cr.2025.468758.1252
چکیده
امروزه جهت بهبود کارایی غشاهای جداسازی مبادله کننده‌ی یون، روش‌های مختلفی همچون تغییر گروه عاملی غشا، ترکیب پلیمر‌ها، و استفاده از نانومواد افزودنی به کار گرفته می‌شود. با توجه به ویژگی‌های مطلوب گرافن اکسید (GO) این نانو ماده، جهت اصلاح و بهبود عملکرد غشاهای جداسازی مبادله کننده‌ی یون در نظر گرفته شده است. افزودن گرافن اکسید سولفونه (SGO) به غشاهای مبادله کننده یون، تأثیر چشمگیری در بهبود خواص الکتروشیمیایی غشاها نشان داده است. در این پژوهش انرژی سطح غشاهای مبادله کننده‌ی کاتیون بر پایه‌ی پلی اتر سولفون (PES) حاوی GO و SGO با استفاده از بررسی زاویه تماس غشاها با حلال قطبی (آب مقطر) و غیر قطبی (دی یدومتان) بررسی شد. غشای PES-SGO بالاترین انرژی سطحی (Jm-2 94/57) در محیط آبی را نشان داد که منجر به عملکرد بهتر این غشا در جداسازی یون سدیم از آب گردید. همچنین، غشای PES-SGO در مقایسه با غشای PES-GO آبدوستی بالاتر (66/16%)، ظرفیت مبادله‌ی کاتیون بیشتر ( meqg-1 1/12)، نفوذ گزینشی بالاتر یون سدیم (95/9%)، میزان مقاومت سطحی کمتر (Ω.cm2 1/2) و پایداری شیمیایی مطلوبتری را در محلول اکسنده فنتون نشان داد.

چکیده تصویری

بررسی انرژی سطحی غشاهای مبادله‌کننده‌ی کاتیون حاوی گرافن اکسید و ارزیابی ویژگی-های عملکردی آن‌ها
کلیدواژه‌ها
غشاهای مبادله کننده‌ی کاتیون
گرافن اکسید سولفونه
انرژی سطحی
پایداری شیمیایی

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating the surface energy of cation exchange membranes containing graphene oxide and evaluating their performance characteristics

نویسندگان English

Seyedeh Maryam Zia Firouzabadi 1
Leila Naji 2
leila Ghadiri 3
1 Analytical Chemistry Group, Chemistry Department, AmirKabir University of Technology (Polytechnic), Tehran, Iran.
2 Analytical Chemistry Group, Department of Chemistry, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
3 Analytical group, chemistry department, Amirkabir University of Technology, Tehran.Iran
چکیده English

Nowadays, in order to improve the efficiency of ion exchange separation membranes, various methods such as changing the functional groups of the membrane, blending polymers, and using nano-additives are utilized. Due to the desirable properties of graphene oxide (GO), this nanomaterial is considered to modify and improve the performance of ion-exchange separation membranes. The addition of sulfonated graphene oxide (SGO) within the ion exchange membranes has shown a significant effect in improving the electrochemical properties of the membranes. In this research, the surface energy of cation exchange membranes based on polyether sulfone (PES) containing GO and SGO was investigated, by studying the contact angle of the membranes with polar (deionized water) and non-polar (diiodomethane) solutions. The PES-SGO membrane showed the highest surface energy (94.57 J m-2) in the aqueous environment, which led to better performance of this membrane for the separation of sodium ions from water. Meanwhile, the PES-SGO membrane showed higher hydrophilicity (66.16%), higher cation exchange capacity (1.12 meq g-1), higher permselectivity of sodium ions (95.9%), lower surface resistance (1.2 Ω cm2), and desirable chemical stability in the oxidative Fenton solution, compared to the PES-GO membrane.

کلیدواژه‌ها English

Cation exchange separation membranes
Sulfonated graphene oxide
Surface energy
Chemical stability
[1] J. Ran, L. Wu, Y. He, Z. Yang, Y. Wang, C. Jiang, L. Ge, E. Bakangura, T. Xu, J. Memb. Sci. 522, 267 (2017).
[2] T. Siddique, N. K. Dutta, N. R. Choudhury, Membranes 11, 557 (2021).
[3] S. Chua, M. H. Isa, Y. Ho, Platform A J. Sci. Technol. 3, 14 (2020).
[4] L. F. Dumée, S. Gray, M. Duke, K. Sears, J. Schütz, N. Finn, Desalination 323, 22 (2013).
[5] K. Gerani, H.R. Mortaheb, B. Mokhtarani, Polym.
Plast. Technol. Eng. 56, 543 (2017).
[6] J. Zhao, L. Guo, J. Wang, J. Memb. Sci. 563, 957 (2018).
[7] S. Valizadeh, L. Naji, M. Karimi, Korean J. Chem. Eng. 37, 2232 (2020).
[8] M. T. Rezaei, S. Valizadeh, L. Naji, Thin Solid Films 728, 138688 (2021).
[9] A. B. Peressut, M. Di Virgilio, A. Bombino, S. Latorrata, E. Muurinen, R. L. Keiski, G. Dotelli, Molecules 27, 1507 (2022).
[10] S. Setiadji, B. W. Nuryadin, H. Ramadhan, C. D. D. Sundari, T. Sudiarti, A. Supriadin, A. L. Ivansyah, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 434, 012079 (2018).
[11] T. E. Timofeeva, Z. I. Evseev, P. V. Vinokurov, G. N. Alexandrov, S. A. Smagulova, J. Struct. Chem. 59, 799 (2018).
[12] D. C. Seo, I. Jeon, E. S. Jeong, J. Y. Jho, Polymers 12, 1375 (2020).
[13] G. Shukla, V. K. Shahi, Desalination 451, 200 (2018).
[14] Y. N. Yusoff, K. S. Loh, W. Y. Wong, W. R. W. Daud, T. K. Lee, Int. J. Hydrogen Energy 45, 27510 (2020).
[15] J. Zhao, J. Wang, L. Sun, Q. Chen, H. Lu, J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 100, 269 (2019).
[16] S. Claramunt, A. Varea, D. Lo, M. M. Vela, A. Cornet, A. Cirera, J. Phys. Chem. C 119, 10123 (2015).
[17] S. Ahmed, Y. Cai, M. Ali, S. Khannal, Z. Ahmad, Y. Lu, S. Wang, S. Xu, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 30, 13056 (2019).
[18] S. Valizadeh, L. Naji, M. Karimi, S. Sarabadani Tafreshi, B. Heijman, N. H. de Leeuw, Chem. Eng. Res. Des. 188, 590 (2022).
[19] Y. Kang, M. Obaid, J. Jang, M. Ham, I. S. Kim, Chemosphere 207, 581 (2018).
[20] J. Ye, J. Liu, C. Zheng, T. Sun, S. Yu, H. Li, Sustain. Mater. Technol. 35, e00550 (2023).
[21] S. Some, I. Shackery, J. Kim, S. Chan, Chem. Eur. J. 21, 15480 (2015).
[22] Y. Zhang, K. Su, Z. Li, J. Memb. Sci. 563, 718 (2018).
[23] X. Wang, M. Feng, Y. Liu, H. Deng, J. Lu, J. Memb. Sci. 577, 41 (2019).
[24] G. Shukla, R. P. Pandey, V. K. Shahi, Temperature resistant phosphorylated graphene oxide-sulphonated polyimide composite cation exchange membrane for water desalination with improved performance, Elsevier (2016).
[25] C. Vallois, P. Sistat, S. Roualdès, G. Pourcelly, J. Memb. Sci. 216, 13 (2003).
[26] R. K. Nagarale, G. S. Gohil, V. K. Shahi, Adv. Colloid Interface Sci. 119, 97 (2006).
[27] S. Kim, A. B. Alayande, T. Eisa, J. Jang, Y. Kang, E. Yang, M. H. Hwang, I. S. Kim, K. J. Chae, Membranes 13, (2023).
[28] S. Gahlot, P. P. Sharma, H. Gupta, V. Kulshrestha, P. K. Jha, RSC Adv. 4, 24663 (2014).
[29] J. Zhao, L. Ren, Q. bai Chen, P. Li, J. Wang, J. Memb. Sci. 615, 118539 (2020).
 
 
 
 

  • تاریخ دریافت 19 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 22 دی 1403
  • تاریخ پذیرش 30 دی 1403