Chemistry Researches

Chemistry Researches

بررسی عملکرد اسمز مستقیم غشاهای نانوآمیزه‌ای لایه نازک اصلاح‌ شده با چارچوب فلز-آلی MIP-202 در نمک‌زدایی و پس‌زنی یون‌های فلزهای سنگین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
ارشد بایرامی 1
مجتبی باقرزاده 2
مجتبی امینی 3
فرزاد صیدی 4
1 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران. مرکز مطالعات و همکاری‌های علمی بین‌المللی، وزارت علوم تحقیقات و فناوری، تهران، ایران
2 مرکز مطالعات و همکاری‌های علمی بین‌المللی، وزارت علوم تحقیقات و فناوری، تهران، ایران. دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
3 مرکز مطالعات و همکاری‌های علمی بین‌المللی، وزارت علوم تحقیقات و فناوری، تهران، ایران. دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
4 Jiangsu Co-Innovation Center of Efficient Processing and Utilization of Forest Resources and International Innovation Center for Forest Chemicals and Materials, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China
10.22036/cr.2025.498016.1266
چکیده
در این مطالعه، چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs) مقرون‌به‌صرفه MIP-202 که مواد زیست‌سازگار ساخته‌شده از اسیدهای آمینه هستند و می‌توانند در مقادیر زیاد از طریق یک فرآیند هیدروترمال ساده و راحت تولید شوند، برای اصلاح سطح غشاهای کامپوزیتی لایه نازک پلی‌اترسولفون/پلی‌آمید (PES/PA-TFC) اسمز مستقیم (FO) مورد استفاده قرار گرفتند. پس از تایید سنتز موفقیت‌آمیز MOFs و ادغام مناسب آنها در لایه PA غشاهای اصلاح شده از طریق تکنیک‌های تجزیه و تحلیلی متعدد، عملکرد غشاهای FO توسعه یافته در پس‌زنی نمک‌ها و یون‌های فلزات سنگین مورد ارزیابی قرار گرفت. تحت شرایط آزمایش معمولی FO (محلول M1 NaCl به عنوان محلول کشنده و آب دیونیزه به عنوان محلول خوراک)، غشا TFN-MIP2 با بارگذاری wt% 10/0 MOF، بیشترین گزینش‌پذیری ( g/L20/0) را در بین نمونه‌های ارزیابی شده از خود نشان داد و آن را به عنوان غشای بهینه برای عملکرد نمک‌زدایی معرفی کرد. این غشا همچنین در پس‌زنی یون‌های سرب(II) و مس(II) بسیار کارآمد است و به ترتیب پس‌زنی‌های 64/97% و 96/97% را به دست می‌آورد و عملکرد بهتری نسبت به غشای کنترل PES/PA-TFC با رد 28/97% و 50/97% نشان می‌دهد. یافته‌های این مطالعه نشان‌دهنده پتانسیل استفاده از مواد مقرون‌به‌صرفه و زیست‌سازگار برای مقابله با چالش‌های جاری غشاهای FO (هزینه و عملکرد) است.

چکیده تصویری

بررسی عملکرد اسمز مستقیم غشاهای نانوآمیزه‌ای لایه نازک اصلاح‌ شده با چارچوب فلز-آلی MIP-202 در نمک‌زدایی و پس‌زنی یون‌های فلزهای سنگین
کلیدواژه‌ها
اسمز مستقیم
چارچوب‌های فلز-آلی
غشاهای نانوآمیزه‌ای لایه نازک
نمک‌زدایی
یون‌های فلزات سنگین

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of the forward osmosis performance of MIP-202-modified thin-film nanocomposite membranes in desalination and heavy metal ion rejection applications

نویسندگان English

Arshad Bayrami 1
Mojtaba Bagherzadeh 2
Mojtaba Amini 3
Farzad Seidi 4
1 Imam Khomeini International University
2 Chemistry Department, Sharif University of Technology
3 University of Tabriz
4 Nanjing Forestry University
چکیده English

In this study, the cost-effective metal-organic frameworks (MOFs) MIP-202, which are biocompatible materials made from amino acids and can be produced in large amounts via a simple and convenient hydrothermal process, were utilized to modify the surface of polyethersulfone/polyamide thin-film composite (PES/PA-TFC) FO membranes. After confirming the successful synthesis of MOFs and their proper incorporation into the polyamide (PA) layer of the modified membranes through multiple analytical techniques, the performance of the developed FO membranes in rejecting salts and heavy metal ions was evaluated. Under typical FO test conditions (1 M NaCl solution as the draw solution and deionized water as the feed solution), the TFN-MIP2 membrane with 0.10 wt% MOF loading exhibited the highest selectivity (0.20 g/L) among the samples evaluated, establishing it as the optimal membrane for desalination performance. This membrane is also very efficient at rejecting lead(II) and copper(II) ions, attaining rejections of 97.64% and 97.96%, respectively, and showcasing better performance than the control PES/PA-TFC membrane with rejections of 97.28% and 97.50%. The findings of this study indicate the potential of utilizing affordable and biocompatible materials to address the current issues faced by FO membranes (cost and performance).

کلیدواژه‌ها English

Thin-film nanocomposite membranes
forward osmosis
metal-organic frameworks
heavy metal ions
desalination
[1] M. Salehi, Environ. Int. 158, 106936 (2022).
[2] W.H. Organization, others, Progress on household drinking water, sanitation and hygiene 2000-2017: special focus on inequalities, World Health Organization (2019).
[3] J. Wang, X. Liu, J. Clean. Prod. 280, 124354 (2021).
[4] N. Anh-Vu, Y. Nomura, T. Hidaka, T. Fujiwara, J. Environ. Chem. Eng. 12, 113429 (2024).
[5] D. Wang, J. Li, B. Gao, Y. Chen, Z. Wang, J. Memb. Sci. 620, 118879 (2021).
[6] J. Farahbakhsh, M. Golgoli, M. Khiadani, M. Najafi, W. Suwaileh, A. Razmjou, M. Zargar, Chemosphere. 346, 140493 (2024).
[7] M. Pejman, M. Dadashi Firouzjaei, S. Aghapour Aktij, P. Das, E. Zolghadr, H. Jafarian, A. Arabi Shamsabadi, M. Elliott, M. Sadrzadeh, M. Sangermano, others, ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 36287 (2020).
[8] A. Bayrami, M. Bagherzadeh, H. Navi, M. Nikkhoo, M. Amini, New J. Chem. 46, 15205 (2022).
[9] X. Wang, J. Hou, F. Chen, X. Meng, Sep. Purif. Technol. 236, 116239 (2020).
[10] M. Bagherzadeh, A. Bayrami, M. Amini, Appl. Organomet. Chem. 34, e5339 (2020).
[11] M. Bagherzadeh, A. Bayrami, Z. Shekari, M. Amini, Desalination 515, 115181 (2021).
[12] M. Bagherzadeh, M. Nikkhoo, M. M. Ahadian, A. Bayrami, M. Amini, J. Environ. Chem. Eng. 11, 109959 (2023).
[13] M. He, L. Wang, Z. Zhang, Y. Zhang, J. Zhu, X. Wang, Y. Lv, R. Miao, ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 57102 (2020).
[14] S. Wang, M. Wahiduzzaman, L. Davis, A. Tissot, W. Shepard, J. Marrot, C. Martineau-Corcos, D. Hamdane, G. Maurin, S. Devautour-Vinot, Nat. Commun. 9, 1 (2018).
[15] M. Bagherzadeh, M. Chegeni, A. Bayrami, M. Amini, Sci. Rep. 14, 17730 (2024).
[16] M. Amini, M. Nikkhoo, M. Bagherzadeh, M. M. Ahadian, A. Bayrami, H. Naslhajian, M. H. Karamjavan, ACS Appl. Mater. Interfaces 15,  39765 (2023).
[17] K. E. Diab, E. Salama, H. S. Hassan, A. A. El-moneim, M. F. Elkady, Polymers (Basel) 13, 3869 (2021).
[18] A. Piri, M. Kaykhaii, M. Khajeh, A.R. Oveisi, BMC Chem. 18, 63 (2024).
[19] K. E. Diab, E. Salama, H. S. Hassan, A. El-moneim, M. F. Elkady, Sci. Rep. 11, 6619 (2021).
[20] S. Zhu, S. Zhao, Z. Wang, X. Tian, M. Shi, J. Wang, S. Wang, J. Memb. Sci. 493, 263 (2015).
[21] D. Emadzadeh, W. J. Lau, T. Matsuura, A. F. Ismail, M. Rahbari-Sisakht, J. Memb. Sci. 449, 74 (2014).
[22] J.F. Sark, N. Jullok, W.J. Lau, Today Proc. 46, 2078 (2021).
[23] H. Wan, X. Yan, J. Yang, G. Yan, G. Zhang, Desalination 588, 117971 (2024).
[24] Y. Huang, C. Lee, N. Tai, J. Water Process Eng. 54, 104022 (2023).
[25] X. Fan, Y. Liu, X. Quan, S. Chen, Environ. Sci. Technol. 52, 1444 (2018).
[26] Q. Liu, J. Li, Z. Zhou, J. Xie, J.Y. Lee, Sci. Rep. 6, 19593 (2016).
[27] N. Abdullah, N. Yusof, L. W. Jye, J. Jaafar, N. Misdan, A. F. Ismail, J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 128, 354 (2021).
[28] D. Ma, S. B. Peh, G. Han, S. B. Chen, ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 7523 (2017).
[29] N. Ma, J. Wei, R. Liao, C. Y. Tang, J. Memb. Sci. 405, 149 (2012).
[30] M. Amini, H. Naslhajian, A. Akbari, S. M. F. Farnia, E. Jabbari, S. Gautam, K. H. Chae, Polyhedron 168, 138 (2019).
[31] P. Lu, S. Liang, T. Zhou, X. Mei, Y. Zhang, C. Zhang, A. Umar, Q. Wang, RSC Adv. 6, 56599 (2016).
[32] J. Ren, J. R. McCutcheon, Desalination 343, 187 (2014).
[33] M. Tian, C. Qiu, Y. Liao, S. Chou, R. Wang, Sep. Purif. Technol. 118, 727 (2013).
 
 

  • تاریخ دریافت 18 دی 1403
  • تاریخ بازنگری 04 بهمن 1403
  • تاریخ پذیرش 05 بهمن 1403