Chemistry Researches

Chemistry Researches

تهیه غشاهای نانوآمیزه­ای فیلم نازک اصلاح­ شده با زئولیت X و بررسی عملکرد آن در نمک ‌زدایی و حذف فلزات سنگین به روش اسمز مستقیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
مجتبی امینی 1
محمد نیکخو 1
مجتبی باقرزاده 2
فرزاد صیدی 3
1 دانشکده شیمی، گروه شیمی معدنی، دانشگاه تبریز، تبریز، 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 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.2025.521254.1276
چکیده
طراحی غشاهای کارآمد برای نمک‌زدایی و هم‌چنین حذف یون‌های فلزات سنگین به منظور کمک به کاهش بحران کمبود آب موضوع مطالعات مختلف بوده است. در این مطالعه ذرات زئولیت X به عنوان یک ماده آب‌دوست و متخلخل انتخاب و سطح غشاهای کامپوزیت لایه نازک (TFC) توسط آنها اصلاح شد و نوع جدیدی از غشاهای نانوکامپوزیت لایه نازک (TFN) با استفاده از آنها ساخته شد. سپس عملکرد غشاهای تهیه شده در فرآیند اسمز مستقیم (FO) مورد مطالعه قرار گرفت و در ادامه قابلیت غشای بهینه اصلاح شده در حذف یون‌های Cd2+ از محلول آبی مورد بررسی قرار گرفت. اثرات ذرات زئولیت بر مورفولوژی، ساختار شیمیایی، آب‌دوستی و توپولوژی لایه فعال پلی آمید (PA) با استفاده از آنالیزهای FE-SEM، FT-IR، EDS، AFM و زاویه تماس آب بررسی شد. در نهایت با مقایسه نتایج به دست آمده، شار آب و گزینش‌پذیری به ترتیب از LMH 25/19 و g/L 49/0 برای غشای اصلاح نشده به LMH 14/28 و g/L 46/0 برای غشای حاوی 025/0 درصد وزنی ذرات اصلاح کننده رسیده است. هم چنین این غشا توانست درصد حذف یون‌های Cd2+ از محلول آبی برای غشای اصلاح نشده را از 64/96 به 09/97 برساند.

چکیده تصویری

تهیه غشاهای نانوآمیزه­ای فیلم نازک اصلاح­ شده با زئولیت X و بررسی عملکرد آن در نمک ‌زدایی و حذف فلزات سنگین به روش اسمز مستقیم
کلیدواژه‌ها
اسمز مستقیم، حذف فلزات سنگین، زئولیت X، غشای نانوآمیزه­
ای فیلم نازک، نمک ‌زدایی
موضوعات

عنوان مقاله English

Preparation of thin film nanocomposite membranes modified with zeolite X and investigation of their desalination and heavy metal removal performance by the forward osmosis method

نویسندگان English

Mojtaba Amini 1
Mohammad Nikkhoo 1
Mojtaba Bagherzadeh 2
Farzad Seidi 3
1 University of Tabriz
2 Chemistry Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
3 Nanjing Forestry University
چکیده English

Efficient membranes have been designed for desalination and removal of heavy metal ions to address water scarcity. This study utilized zeolite X particles, a hydrophilic and porous material, to modify the surface of thin film composite (TFC) membranes and create a new type of thin film nanocomposite (TFN) membranes. The performance of these membranes in the forward osmosis (FO) process and their efficacy in removing Cd2+ ions from aqueous solution were investigated. Various analyses (FE-SEM, FT-IR, EDS, water contact angle and AFM) were conducted to study the effects of zeolite particles on the morphology, chemical structure, hydrophilicity, and topology of the polyamide (PA) active layer. Finally, by comparing the obtained results, the water flux and selectivity increased from 19.25 LMH and 0.49 g/L for the unmodified membrane to 14.28 LMH and 0.46 g/L for the membrane containing 0.025 wt% of the modifying particles, respectively. This membrane was also able to increase the percentage of Cd2+ ions removed from the aqueous solution for the unmodified membrane from 96.64 to 97.09.

کلیدواژه‌ها English

Forward osmosis
Zeolite X
Thin film nanocomposite membrane
Desalination
Heavy metal removal
1. H. Salehi, A. Shakeri, H. Naslhajian, and M. Amini, J. Polym. Res. 26, 48 (2019).
2. E. Jones, M. Qadir, M. T. H. van Vliet, V. Smakhtin, and S. Kang, Sci. Total Environ. 657, 1343 (2019).
3. M. Amini, M. Nikkhoo, M. Bagherzadeh, M. M. Ahadian, A. Bayrami, H. Naslhajian, and M. H. Karamjavan, ACS Appl. Mater. Interfaces 15, 39765 (2023).
4. P. Karami, B. Khorshidi, L. Shamaei, E. Beaulieu, J. B. P. Soares, and M. Sadrzadeh, ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 53274 (2020).
5. C. Liu, X. Lei, L. Wang, J. Jia, X. Liang, X. Zhao, and H. Zhu, Chem. Eng. J. 327, 60 (2017).
6. A. Bayrami, M. Bagherzadeh, M. Amini, and F. Seidi, Desalination 594, 118312 (2025).
7. E. S. Behbahani, K. Dashtian, and M. Ghaedi, J. Hazard. Mater. 410, 124560 (2021).
8. M. Zheng, Z. Sun, H. Han, Z. Zhang, W. Ma, and C. Xu, J. Water Process Eng. 40, 101954 (2021).
9. A. Tanihara, K. Kikuchi, and H. Konno, Inorg. Chem. Commun. 131, 108782 (2021).
10. F. S. A. Khan, N. M. Mubarak, Y. H. Tan, M. Khalid, R. R. Karri, R. Walvekar, E. C. Abdullah, S. Nizamuddin, and S. A. Mazari, J. Hazard. Mater. 413, 125375 (2021).
11. J. Farahbakhsh, M. Golgoli, M. Khiadani, M. Najafi, W. Suwaileh, A. Razmjou, and M. Zargar, Chemosphere 346, 140493 (2024).
12. D. Emadzadeh, T. Matsuura, M. Ghanbari, and A. F. Ismail, Desalination 468, 114071 (2019).
13. M. Mohammadifakhr, J. de Grooth, H. D. W. Roesink, and A. J. B. Kemperman, Processes 8, 404 (2020).
14. A. Shakeri, H. Salehi, F. Ghorbani, M. Amini, and H. Naslhajian, J. Colloid Interface Sci. 536, 328 (2019).
15. Y.-N. Wang, K. Goh, X. Li, L. Setiawan, and R. Wang, Desalination 434, 81 (2018).
16. T.-S. Chung, S. Zhang, K. Y. Wang, J. Su, and M. M. Ling, Desalination 287, 78 (2012).
17. M. Amini, A. Haji Hosseinzadeh, M. Nikkhoo, M. Hosseinifard, A. Namvar, H. Naslhajian, and A. Bayrami, Langmuir 39, 14528 (2023).
18. J. E. Cadotte, (1981).
19. R. E. Larson, J. E. Cadotte, and R. J. Petersen, Desalination 38, 473 (1981).
20. A. Zhao, M. Zhang, Y. Bao, L. Zhao, G. Liu, Y. Jiang, P. Zhang, and X. Cao, J. Memb. Sci. 664, 121081 (2022).
21. A. Ramil, D. Vázquez-Nion, J. S. Pozo-Antonio, P. Sanmartín, and B. Prieto, J. Environ. Informatics 35, (2020).
22. M.-N. Li, X.-J. Chen, Z.-H. Wan, S.-G. Wang, and X.-F. Sun, Chemosphere 278, 130341 (2021).
23. C. Perego, R. Bagatin, M. Tagliabue, and R. Vignola, Microporous Mesoporous Mater. 166, 37 (2013).
24. T. M. Salehi, M. Peyravi, M. Jahanshahi, W.-J. Lau, and A. S. Rad, J. Nanoparticle Res. 20, 1 (2018).
25. H. Huang, X. Qu, X. Ji, X. Gao, L. Zhang, H. Chen, and L. Hou, J. Mater. Chem. A 1, 11343 (2013).
26. C. Kong, T. Shintani, and T. Tsuru, New J. Chem. 34, 2101 (2010).
27. W. Ding, Y. Li, M. Bao, J. Zhang, C. Zhang, and J. Lu, RSC Adv. 7, 40311 (2017).
28. V. Dalvi, Y. P. Tang, C. Staudt, and T. S. Chung, Desalination 420, 216 (2017).
29. B. Yilmaz and U. Müller, Top. Catal. 52, 888 (2009).
30. S. N. N. M. Makhtar, N. Muhammad, M. A. Rahman, K. H. Abas, A. Abd Aziz, M. N. M. Sokri, M. H. D. Othman, and J. Jaafar, J. Water Process Eng. 33, 100991 (2020).
31. M. Safarpour, V. Vatanpour, A. Khataee, H. Zarrabi, P. Gholami, and M. E. Yekavalangi, Desalination 411, 89 (2017).
32. A. Bayrami, M. Bagherzadeh, H. Navi, M. Nikkhoo, and M. Amini, New J. Chem. 46, 15205 (2022).
33. M. Bagherzadeh, M. Nikkhoo, M. M. Ahadian, A. Bayrami, and M. Amini, J. Environ. Chem. Eng. 11, 109959 (2023).
34. M. Bagherzadeh, M. Nikkhoo, M. M. Ahadian, and M. Amini, J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 1 (2023).
35. X. Song, Y. Zhang, H. M. Abdel-Ghafar, E.-S. A. Abdel-Aal, M. Huang, S. Gul, and H. Jiang, Chem. Eng. J. 412, 128607 (2021).
36. M. D. Firouzjaei, A. A. Shamsabadi, S. A. Aktij, S. F. Seyedpour, M. Sharifian Gh, A. Rahimpour, M. R. Esfahani, M. Ulbricht, and M. Soroush, ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 42967 (2018).
37. S. Hadadpour, I. Tavakol, Z. Shabani, T. Mohammadi, M. A. Tofighy, and S. Sahebi, J. Environ. Chem. Eng. 9, 104880 (2021).
38. S. Zhu, S. Zhao, Z. Wang, X. Tian, M. Shi, J. Wang, and S. Wang, J. Memb. Sci. 493, 263 (2015).
39. H. C. Bidsorkhi, H. Riazi, D. Emadzadeh, M. Ghanbari, T. Matsuura, W. J. Lau, and A. F. Ismail, Nanotechnology 27, 415706 (2016).
40. X. Wang, C. Wu, T. Zhu, P. Li, and S. Xia, Chemosphere 256, 127099 (2020).
41. H. Dong, L. Zhao, L. Zhang, H. Chen, C. Gao, and W. S. W. Ho, J. Memb. Sci. 476, 373 (2015).
42. Y. Liu and B. Mi, J. Memb. Sci. 407, 136 (2012).
43. L. Shen, X. Wang, R. Li, H. Yu, H. Hong, H. Lin, J. Chen, and B.-Q. Liao, J. Colloid Interface Sci. 505, 900 (2017).
44. K. Zhu, S. Zhang, J. Luan, Y. Mu, Y. Du, and G. Wang, J. Memb. Sci. 539, 116 (2017).
45. X. Lu, L. H. Arias Chavez, S. Romero-Vargas Castrillón, J. Ma, and M. Elimelech, Environ. Sci. Technol. 49, 1436 (2015).
46. M. Qiu and C. He, J. Hazard. Mater. 367, 339 (2019).
47. M. He, L. Wang, Y. Lv, X. Wang, J. Zhu, Y. Zhang, and T. Liu, Chem. Eng. J. 389, 124452 (2020).

  • تاریخ دریافت 14 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 29 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 31 اردیبهشت 1404