SI24144A - Postopek izdelave nanokompozitne ultrafiltracijske membrane z vključenimi delci mineralov glin za čiščenje odpadnih vod - Google Patents
Postopek izdelave nanokompozitne ultrafiltracijske membrane z vključenimi delci mineralov glin za čiščenje odpadnih vod Download PDFInfo
- Publication number
- SI24144A SI24144A SI201200222A SI201200222A SI24144A SI 24144 A SI24144 A SI 24144A SI 201200222 A SI201200222 A SI 201200222A SI 201200222 A SI201200222 A SI 201200222A SI 24144 A SI24144 A SI 24144A
- Authority
- SI
- Slovenia
- Prior art keywords
- membrane
- hydrogel
- nanocomposite
- process according
- manufacturing process
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 117
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- 239000011707 mineral Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 7
- 239000004927 clay Substances 0.000 title description 4
- 239000010865 sewage Substances 0.000 title 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims abstract description 54
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 claims description 6
- QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N n-propan-2-ylprop-2-enamide Chemical compound CC(C)NC(=O)C=C QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 claims description 3
- GJKGAPPUXSSCFI-UHFFFAOYSA-N 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone Chemical compound CC(C)(O)C(=O)C1=CC=C(OCCO)C=C1 GJKGAPPUXSSCFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 2
- 229920003366 poly(p-phenylene terephthalamide) Polymers 0.000 claims 3
- 102100022346 Serine/threonine-protein phosphatase 5 Human genes 0.000 claims 2
- 101000620653 Homo sapiens Serine/threonine-protein phosphatase 5 Proteins 0.000 claims 1
- 101710129069 Serine/threonine-protein phosphatase 5 Proteins 0.000 claims 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 claims 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 claims 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 13
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 10
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 7
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 7
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical class O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 60
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 59
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 39
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 26
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 8
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 7
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 6
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 4
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 4
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 3
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000004009 herbicide Substances 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 229940094522 laponite Drugs 0.000 description 2
- XCOBTUNSZUJCDH-UHFFFAOYSA-B lithium magnesium sodium silicate Chemical compound [Li+].[Li+].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Na+].[Na+].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3 XCOBTUNSZUJCDH-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 2
- 239000010918 textile wastewater Substances 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- 208000001647 Renal Insufficiency Diseases 0.000 description 1
- 239000004113 Sepiolite Substances 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000980 acid dye Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 1
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000001454 anthracenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001555 benzenes Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- QDYLMAYUEZBUFO-UHFFFAOYSA-N cetalkonium chloride Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)CC1=CC=CC=C1 QDYLMAYUEZBUFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RLGQACBPNDBWTB-UHFFFAOYSA-N cetyltrimethylammonium ion Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C RLGQACBPNDBWTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- LEYJJTBJCFGAQN-UHFFFAOYSA-N chembl1985378 Chemical compound OC1=CC=C2C=CC=CC2=C1N=NC(C=C1)=CC=C1N=NC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 LEYJJTBJCFGAQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000004042 decolorization Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VNENWQQVIWFWHW-UHFFFAOYSA-L disodium 7-hydroxy-8-[[4-[1-[4-[(4-hydroxyphenyl)diazenyl]phenyl]cyclohexyl]phenyl]diazenyl]naphthalene-1,3-disulfonate Chemical compound [Na+].[Na+].Oc1ccc(cc1)N=Nc1ccc(cc1)C1(CCCCC1)c1ccc(cc1)N=Nc1c(O)ccc2cc(cc(c12)S([O-])(=O)=O)S([O-])(=O)=O VNENWQQVIWFWHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 201000006370 kidney failure Diseases 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 231100000219 mutagenic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003505 mutagenic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002790 naphthalenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 229920000075 poly(4-vinylpyridine) Polymers 0.000 description 1
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 210000004994 reproductive system Anatomy 0.000 description 1
- 229910052624 sepiolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019355 sepiolite Nutrition 0.000 description 1
- 229910021647 smectite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Izum se nanaša na postopek izdelave nanokompozitne ultrafiltracijske membrane z vključenimi delci mineralov glin, ki imajo veliko aktivno površino ter odlično sposobnost adsorpcije različnih onesnaževal iz odpadnih vod. Predlagani postopek zajema predobdelavo PP membrane v acetonu ter omakanje mokre membrane z raztopino monomera z dispergiranimi O-MMT delci (organsko modificiran montmorilonit) z obdelavo v ultrazvoku. Sledi in-situ polimerizacija nanokompozitnega hidrogela v porah PP membrane s pomočjo UVA svetlobe. Po opisanem postopku je celotna površina membrane prekrita s hidrogelom oz. hidrogel polimerizira tudi v notranjosti PP membrane. Mehanizem odstranjevanja onesnaževal iz odpadne vode je v tem primeru kombinacija filtracije in adsorpcije, zaradi česar je učinek čiščenja večji kot v primeru komercialnih ultrafiltracijskih membran, kjer se onesnaževala na membrani zadržijo le mehansko.
Description
• · · · · * β β· ·
POSTOPEK IZDELAVE NANOKOMPOZITNE ULTRAFILTRACIJSKE MEMBRANE Z VKLJUČENIMI DELCI MINERALOV GLIN ZA ČIŠČENJE
ODPADNIH VOD
PODROČJE IZUMA
Predloženi izum sodi na področje varstva okolja in materialov, nanaša pa se na postopek izdelave nanokompozitne ultrafiltracijske membrane, katere aktivni del predstavljajo naravni, okolju prijazni delci mineralov glin, ki imajo veliko aktivno površino ter odlično sposobnost adsorpcije barvil, težkih kovin, herbicidov, pesticidov, itd., za čiščenje odpadnih vod.
PODROČJE TEHNIKE
Tehnična izboljšava te iznajdbe je uporaba mineralov glin v ultrafiltracijski membrani, ki s povečanjem števila aktivnih mest v membrani izboljša sposobnost odstranjevanja različnih onesnaževal iz odpadne vode v primerjavi s konvencionalnimi ultrafiltracijskimi membranami. Mehanizem odstranjevanja onesnaževal iz odpadne vode je v tem primeru kombinacija filtracije in adsorpcije, zaradi česar je učinek čiščenja večji kot v primeru komercialnih ultrafiltracijskih membran, kjer se onesnaževala na membrani zadržijo le mehansko.
Odpadne vode številnih industrij ustvarjajo velike količine obarvanih odpadnih vod. Že majhna prisotnost obarvanih izpustov vpliva na okolje, saj zavira fotosintezo v vodnem ekosistemu. Obarvane odplake delujejo škodljivo tudi na človeka, saj lahko nanj vplivajo mutageno in/ali karcinogeno. Povzročajo lahko poškodbe v reproduktivnem sistemu, jetrih, možganih in privedejo do odpovedi ledvic.
Minerali glin so naravni, okolju prijazni materiali z veliko aktivno površino, ki se zadnje čase pogosto uporabljajo z namenom adsorbcije in odstranjevanja organskih nečistoč iz vode. Z organsko modifikacijo jim povečamo sorpcijsko kapaciteto za nepolame organske spojine (fenoli, naftaleni, benzeni, antraceni, itd.), barvila in ione težkih kovin. Njihova prednost v primerjavi z aktivnim ogljem je cenovna ugodnost, visoka kemijska in mehanska stabilnost ter ekološka neoporečnost. Najpogosteje uporabljeni minerali glin za adsorbcijo barvil v • · · · · tekstilnih odpadnih vodah so sepiolit, zeolit, montmorilonit, smektit in bentonit. Vendar pa je praktična uporabnost razpršenih delcev kot adsorbentov omejena. Problem predstavlja predvsem ločevanje trdnih delcev iz tekočine po postopku čiščenja. Zato je namen izuma razviti takšno ultrafiltracijsko membrano, ki bo imela delce mineralov glin vključene v pomi sistem membrane tako, da se bo adsorpcijska sposobnost (aktivna površina) delcev za odstranjevanje onesnaževal iz odpadnih vod ohranila. Pri membranskih sistemih z razpršenimi adsorbenti separacija trdno-tekoče ni potrebna, poleg tega je njihova prednost tudi možnost nadgradnje z enostavnim združevanjem večjih membran ali z uporabo membrane z večjo aktivno površino.
ZNANO STANJE TEHNIKE
V številnih raziskavah so avtorji preučevali vpliv različnih načinov modifikacije mineralov glin (v obliki razpršenih adsorbentov) na adsorbcijo različnih barvil. Ceyhan s sodel., Turk. J. Chem. 25 (2001) 193-200, je sintetiziral heksadeciltrimetilamonijev bentonit (HDTAbentonite) in prvi izvedel študijo adsorbcije nekaterih tekstilnih barvil, kot so Everdirect Supra Yellow PG, Everdirects Supra Orange 26 CG, Everdirect Supra Rubine BL, Everdirect Supra Blue 4BL in Everdirect Supra Red BWS na Na-bentonit in HDTMA-bentonit. Ugotovil je, da čeprav Na-bentonit ni imel afinitete do teh barvil, je HDTMA-bentonit pokazal znatno sposobnost adsorbcije barvil iz raztopine. Baskaralingam s sodel., Journal of Hazardous Materials 128 (2006) 138-144, je v svoji raziskavi proučil možnosti odstranjevanja kislega barvila Acid Red 151 iz vodne raztopine z uporabo cetildimetilbenzilamonijevega bentonita in cetilpiridin bentonita in ugotovil, da modificiran bentonit izkazuje sposobnost adsorpcije kislih barvil. Podobna raziskava je potekala tudi za hektorite. Yang s sodel., Textile Research Journal 75 (2005) 622-626, je uporabil nano-montmorilonit in nekatere modificirane nanominerale glin za študij adsorpcije neionskih, anionskih in kationskih barvil. Spremljal je vpliv odvisnosti med različnimi barvili in različnimi strukturami (tako kemijske strukture kot morfologije) glin na stopnjo adsorpcije. Ugotovil je, da imajo nano-minerali glin sposobnost adsorbcije 600 mg in več adsorbata na gram adsorbenta pri razmerju tekoče/trdno 100:1. Hkrati je ugotovil tudi, da lahko nano-minerali glin adsorbirajo 90% barvila pri začetni koncentraciji barvila 6 g/L ali 60% glede na težo adsorbenta, kar kaže na visoko afiniteto adsorbenta do barvila. Ta študija je pokazala, da z določenimi modifikacijami nano-glin, npr. montmorilonita, lahko zelo enostavno dobimo odlične adsorbente za anionska, kationska in neionska barvila.
Minerale glin vključujemo v polimerne hidrogele predvsem zaradi izboljšanja mehanskih in termičnih lastnosti, stabilnosti in nabrekanja hidrogela. Xia s sodel., Polymer 44 (2003) 33893393, je izdelal hidrogel s vključenimi delci Na+- montmorilonita kot ojačitveni del hidrogelne matrice z namenom izboljšanja mehanskih lastnosti ali sposobnosti nabrekanja hidrogela. Takšni hidrogeli so pritegnili veliko pozornosti predvsem na področju medicine, senzorjev in separacijskih procesov. Liang s sodel., Advances in Colloid andInterface Science 134-135 (2007) 151-166, je uporabil organsko modificiran montmorilonit za pripravo hidrogela in ugotovil, da se poveča stopnja nabrekanja ter da se izboljšajo termične lastnosti nanokompozitnega hidrogela v primerjavi s konvencionalnim N-isopropilakrilamidnim (NIPAM) hidrogelom. Haraguchi s sodel., Current Opinion in Solid State and Materials Science 11 (2007) 47-54; Advanced Materials 14 (2002) 1120-1124; Macromolecules 35 (2002) 10162-10171, je sintetiziral hidrogel z vključenimi delci laponita brez prisotnosti zamreževalca. Razplasteni laponit-ni delci so delovali kot multifunkcionalni zamreževalec, ki polimerne verige zasidra na delcih in tako tvori hidrogelno mrežo.
Postopek sinteze hidrogela v porah membrane je izvedel Ronald F. Childs s sodel., Journal of Membrane Science 108 (1995) 37-56, ki je uporabil predvsem polielektrolitske hidrogele s številnimi stranskimi skupinami, ki so sposobne ionske izmenjave. Kot kationsko izmenjevalni hidrogel je uporabil poli(4-vinil piridin), medtem ko je za anionsko izmenjevalni hidrogel uporabil poli(stiren sulfonsko) kislino. Polnjenje por nosilnega materiala je izvedel s pomočjo in-situ polimerizacije ali s pomočjo zamreženja polielektrolitskega hidrogela v porah substrata z UV svetlobo. Kot nosilni material je uporabil PP mikroporozni substrat, ki omejuje nabrekanje hidrogela in daje celotnemu sistemu mehansko trdnost. Od takrat je njegova skupina raziskovalcev izdelala številne membrane z zapolnjenimi porami z različnimi polielektrolitskimi hidrogeli, ki imajo izboljšane in bolj enakomerne lastnosti, v primerjavi z membranami, ki imajo stene por prevlečene z ionsko izmenjevalno snovjo, United States Patent, Patent no: US 6,258,276 BI; Journal of Membrane Science 135 (1997) 81-92; Desalination 140 (2001) 265-275; Journal of Membrane Science 152 (1999) 129-140; Journal of Membrane Science 136 (1997) 221-232; Journal of Membrane Science 153 (1999) 45-56; Desalination 121 (1999) 149-158; Separation and Purification Technology 22-23 (2001) 507-517; Journal of Membrane Science 254 (2005) 89-99.
··· ·· ·
Po pregledu stanja raziskav smo ugotovili, da izdelava nanokompozitne membrane, katere pore so zapolnjene s hidrogelom z vključenimi delci organsko modificiranega montmorilonita razplastenimi v hidrogelni matrici, predstavlja novost na področju nanokompozitnih membran. Prav tako je novost uporaba takšne membrane za odstranjevanje barvil iz tekstilnih odpadnih vod.
OPIS IZUMA
Pričujoči izum opisuje postopek izdelave ultrafiltracijske membrane z in-situ polimerizacijo nanokompozitnega hidrogela v porah PP membrane, v kateri predstavljajo aktivni del naravni, okolju prijazni delci mineralov glin, ki imajo veliko aktivno površino ter odlično sposobnost adsorpcije barvil, težkih kovin, herbicidov, pesticidov, itd., za čiščenje odpadnih vod.
Za pripravo nanokompozitne membrane smo uporabili polipropilensko (PP) filtmo membrano proizvajalca Wathman Internacional Ltd. (Anglija) z velikostjo por 0,2 pm. Uporabili smo krožne vzorce PP membrane premera 90 mm.
Pri izdelavi kompozitnega hidrogela smo raztopili monomer (N-isopropil akrilamid NIPAM), zamreževalec (Ν,Ν-metilenbisakrilamid - BIS) in fotoiniciator (Irgacure 2959) v vodni disperziji O-MMT delcev (organsko modificiran montmorilonit tipa Nanofil 8, proizvajalca Sud Chemie, Nemčija), dispergiranih v raztopini 1 g/L površinsko aktivnega sredstva Inutec SPI (Orafti Bio Based Chemicals). Masni delež zamreževalca je bil 1 ut%, masni delež O-MMT delcev pa 0,25; 0,5; 0,75 in 1 ut% z ozirom na maso monomera, ki smo jih vključili v kompozitni hidrogel.
Zaradi hidrofobnosti in nekompatibilnosti membrane s hidrogelom smo membrano pred polimerizacijo hidrogela predobdelali po različnih postopkih. Uporabili smo omakalno sredstvo Tanaterge INF (Tanatex), katerega smo enkrat raztopili v vodi, drugič v acetonu, ter aceton, kot sredstvo za omakanje. Omakalna sredstva so bila uporabljena z namenom doseganja večjega nanosa kompozitnega hidrogela v pore PP membrane. Nanokompozitini hidrogel smo polimerizirali v porah membrane po dveh postopkih. Pri prvem postopku smo suho PP membrano potopili v raztopino monomera z dispergiranimi O-MMT delci, pri drugem postopku pa smo omočeno PP membrano potopili v raztopino monomera z dispergiranimi O-MMT delci. Pred postopkom polimerizacije smo raztopine monomera v katerih je bila potopljena PP membrana prepihovali z N2.
..... .. :
Kompozitni hidrogel smo polimerizirali v porah PP membrane na tak način, da smo omočeno in z monomemo raztopino z vključenimi O-MMT delci prepojeno PP membrano vstavili med dve PET foliji, tako da smo plasti rahlo stisnili in s tem odstranili odvečno raztopino in iztisnili zračne mehurčke. Tako pripravljen vzorec smo vstavili v UV komoro in obsevali 2 uri z UVA svetlobo z valovno dolžino 350 nm. Po končani polimerizaciji smo folije odstranili in PP membrano spirali v 500 mL destilirane vode z namenom odstranitve nezreagiranega monomera in zamreževalca. Spirali smo 4 dni pri čemer smo vodo zamenjali večkrat na dan.
Nanokompozitno membrano z delci mineralov glin vključenimi v hidrogelu, smo uporabili za razbarvanje odpadnih vod, z adsorpcijo molekul barvila na obsežno specifično površino delcev.
Vpliv različnih postopkov predobdelave PP membrane na sposobnost navzemanja nanokompozitnega hidrogela, kar je predmet izuma, pojasnjujemo s povečanjem mase membrane po in-situ UV polimerizaciji nanokompozitnega hidrogela. Rezultati so zbrani v preglednici 1.
Oznake različno predobdelanih PP membran v preglednicah in na slikah so naslednje:
T - PP membrana, kije bila obdelana z omakalnim sredstvom raztopljenim v vodi TA - PP membrana, kije bila obdelana z omakalnim sredstvom raztopljenim v acetonu A - PP membrana, kije bila obdelana z acetonom kot omakalno sredstvo S - PP membrana, predobdelana in suha potopljena v monomemo raztopino M - PP membrana, predobdelana in mokra potopljena v monomemo raztopino U - PP membrana, predobdelana in potopljena v monomemo raztopino, obdelana z ultrazvokom
Preglednica 1: Povečanje mase PP membrane po in-situ UV polimerizaciji nanokompozitnega hidrogela v odvisnosti od načina omakanja
Iz preglednice 1 je razvidno, da se, pri vzorcih predobdelanih v omakalnem sredstvu Tanaterge INF raztopljenim v vodi, masa PP membrane poveča od 1,6 do 2,3% v odvisnosti od stanja predobdelane PP membrane (suha ali mokra). Z ultrazvočno obdelavo PP membrane dosežemo še dodatno povečanje mase in sicer pri suhi PP membrani potopljeni v monomemo raztopino in obdelani v ultrazvoku se masa poveča za 3,4%, medtem ko pri PP membrani, ki je bila mokra potopljena v monomemo raztopino in obdelana v ultrazvoku za 3%.
*·*··
Ultrazvočna obdelava PP membrane omogoča boljše prodiranje večje količine monomeme raztopine v pore PP membrane. V primeru PP membrane predobdelane z omakalnim sredstvom Tanaterge INF raztopljenim v acetonu in suhe potopljene v monomemo raztopino je povečanje mase za 2,3%, medtem ko je pri PP membrani, ki je bila suha potopljena v monomemo raztopino in obdelana v ultrazvoku povečanje mase za 1,1%. Povečanje mase PP membrane je naj večje pri PP membranah, ki smo jih mokre potopili v monomemo raztopino, in sicer pri PP membrani predobdelani z omakalnim sredstvom Tanaterge INF raztopljenim v acetonu in mokri potopljeni v monomemo raztopino znaša povečanje mase 5,5%, ter pri PP membrani predobdelani z omakalnim sredstvom Tanategre INF raztopljenim v acetonu in mokri potopljeni v monomemo raztopino in obdelani z ultrazvokom 14,9%. Tudi v tem primem obdelava z ultrazvokom dodatno poveča maso PP membrane.
Pri PP membranah, ki so bile omočene z acetonom, posušene in suhe potopljene v monomemo raztopino, se masa ni povečala. Aceton, s katerim smo PP membrano predobdelali, pri sušenju izhlapi in tako ne pripomore k izboljšanju prehajanja monomeme raztopine v pomi sistem membrane. Znatno povečanje mase pa je zaznati pri PP membrani, ki smo jo predobdelali v acetonu in jo mokro potopili v monomemo raztopino, saj znaša povečanje mase 28%, oz. v primem PP membrane predobdelane v acetonu in mokre potopljene v monomemo raztopino ter obdelane v ultrazvoku celo za 50%.
Morfologijo in-situ polimerizirane nanokompozitne ultrafiltracijske membrane, ki je bila predobdelana v acetonu in mokra potopljena v monomemo raztopino ter obdelana v ultrazvoku, ki je predmet izuma, pojasnjujemo s posnetki vrstičnega elektronskega mikroskopa (SEM) na sliki 1.
Slika 1: SEM posnetki nanokompozitne ultrafiltracijske PP membrane po UV polimerizaciji nanokompozitnega hidrogela v membrani; a - površina membrane, ki je bila predobdelana v acetonu in mokra potopljena v monomemo raztopino z O-MMT delci; b - površina membrane, ki je bila predobdelana v acetonu in mokra potopljena v monomemo raztopino z O-MMT delci, ter obdelana v ultrazvoku; c - prerez membrane, ki je bila predobdelana v acetonu in mokra potopljena v monomemo raztopino z O-MMT delci, ter obdelana v ultrazvoku
Iz SEM posnetkov površin PP membrane (slika la in lb) je jasno razvidna polimerizacija hidrogela v porah membrane. Videz membrane in količina nanosa nanokompozitnega
- ’ - · · .
hidrogela sta odvisna od vrste predobdelave. Pri membrani predobdelani v acetonu, ki smo jo še mokro potopili v monomemo raztopino z O-MMT delci ter obdelali z ultrazvokom, je celotna površina prekrita s hidrogelom, v primerjavi z membrano, ki ni bila obdelana z ultrazvokom, kjer je površina le delno prekrita s hidrogelom. Iz SEM posnetka prereza (slika lc) je razvidno, daje hidrogel polimeriziral tudi v notranjosti PP membrane oz. da so pore PP membrane zapolnjene z nanokompozitnim hidrogelom.
Spremembo hidrofilno/hidrofobnega značaja PP membrane, ki je posledica polimerizacije hidrogela z vključenimi delci mineralov glin v porah membrane, pojasnjujemo z rezultati meritev stičnega kota (preglednica 2).
Preglednica 2: Stični koti neobdelane PP membrane in membrane z vključenim nanokompozitnim hidrogelom
Iz preglednice 2 je razvidno, daje stični kot neobdelane PP membrane 139,42°, kar pomeni, daje površina membrane popolnoma hidrofobna. Po polimerizaciji hidrogela v PP membrani se stični kot v primeru vzorca PP membrane predobdelane z acetonom in mokre potopljene v monomemo raztopino nekoliko zmanjša (137,98°). Kljub temu je PP membrana še vedno hidrofobna (večji del PP membrane je ostal nepokrit z nanokompozitnim hidrogelom - slika la). Medtem ko se stični kot vzorca PP membrane, kije bila predobdelana v acetonu in mokra potopljena v monomemo raztopino in obdelana v ultrazvoku, zmanjša na 44,55°; površina je popolnoma prekrita z nanokompozitnim hidrogelom (slika lb) in zato hidrofilna. Torej ta postopek obdelave predstavlja najbolj optimalni način izdelave nanokompozitne ultrafiltracijske PP membrane z vključenimi O-MMT delci.
Učinek odstranjevanja barvil iz odpadnih vod s pomočjo razvite nanokompozitne ultrafiltracijske membrane, ki ima vključene delce mineralov glin, kar je predmet izuma, pojasnjujemo z rezultati, ki so predstavljeni v preglednici 3.
Za preskus razbarvanja smo pripravili vodno raztopino 0,1 g/L kislega azo barvila Acid Orange 33 (komercialno barvilo za barvanje beljakovinskih vlaken). pH raztopine barvila smo uravnali na pH 3 z 0,1 mol raztopino HC1. Neobdelano PP membrano in PP membrano z največjim deležem hidrogela (PP A/M/U) smo namestili v ultrafiltracijsko celico, skozi katero smo spuščali raztopino barvila pri različnih tlakih (100, 200 in 300 kPa). Razbarvanje s ::····
Ο ··***·· ··· :
smo določali spektrofotometrično z merjenjem absorbance raztopine barvila pred in po ultrafiltraciji.
Preglednica 3: Stopnja odstranjevanja barvila iz raztopine ter čas prehajanja raztopine skozi neobdelano PP membrano (PP) in s hidrogelom obdelano membrano (PP A/M/U) v odvisnosti od tlaka v ultrafiltracijski celici
Iz preglednice 3 je razvidno, daje stopnja razbarvanja pri uporabi neobdelane PP membrane pri tlaku 100 kPa 21,94%. Z višanjem tlaka v ultrafiltracijski celici se čas pretoka raztopine skozi membrano zmanjšuje. Pri višjem tlaku je potisna sila, ki povzroča pretok raztopine skozi pore membrane večja, zaradi tega se stopnja razbarvanja znižuje in znaša 15,98% pri tlaku 200 kPa ter 9,75% pri tlaku 300 kPa.
V primeru obdelane PP membrane so potrebni drugačni filtracijski pogoji kot v primeru neobdelane, saj polimeriziran nanokompozitni hidrogel zapolni pore in jih s tem zmanjša (kar je opazno tudi na SEM posnetkih - slika lb in lc), zato pri tlaku 100 kPa raztopina barvila ne prehaja skozi membrano. Pri tlaku 200 kPa je čas prehoda raztopine skozi membrano podaljšan na 60 minut, stopnja odstranjevanja barvila (adsorpcija molekul barvila na aktivna mesta O-MMT delcev v nanokompozitu) pa znaša 80,33%. Medtem, ko je pri tlaku 300 kPa čas prehajanja raztopine 45 minut in stopnja razbarvanja 67,30%.
Claims (7)
- PATENTNI ZAHTEVKI1. Postopek izdelave nanokompozitne ultrafiltracijske membrane z vključenimi delci mineralov glin, značilen po tem, da kot nosilni material uporabimo komercialno PP membrano.
- 2. Postopek izdelave po zahtevku 1, značilen po tem, da komercialno PP membrano omočimo v acetonu.
- 3. Postopek izdelave po predhodnih zahtevkih, značilen po tem, da za polnjenje por nosilnega materiala uporabimo nanokompozitni hidrogel v katerega potopimo omočeno membrano po zahtevku 2 in jo obdelamo z ultrazvokom.
- 4. Postopek izdelave po predhodnih zahtevkih, značilen po tem, da nanokompozitni hidrogel v porah membrane in-situ polimeriziramo z UVA svetlobo (pri 350 nm), najmanj 2 uri.
- 5. Postopek izdelave po predhodnih zahtevkih, značilen po tem, daje celotna površina PP membrane prekrita z nanokompozitnim hidrogelom.
- 6. Postopek izdelave po predhodnih zahtevkih, značilen po tem, da za izdelavo nanokompozitnega hidrogela raztopimo monomer (N-isopropil akrilamid NIPAM), zamreževalec (Ν,Ν-metilenbisakrilamid - BIS) in fotoiniciator (Irgacure 2959) v vodni disperziji delcev mineralov glin.
- 7. Postopek izdelave po predhodnih zahtevkih, značilen po tem, daje masni delež delcev mineralov glin najmanj 1 ut.%.1/2Preglednica 1
Vzorec Povečanje mase (%) PP_T/S 1,6 PPT/M 2,3 PP_T/S/U 3,4 PP T/M/U 3 PPTA/S 2,3 PPTA/M 5,5 PP_TA/S/U 1,1 PPTA/M/U 14,9 PPA/S 0 PP_A/M 28,1 PP_A/S/U 0 PP A/M/U 50,3 Preglednica 2Vzorec Stični kot (°) Standardna napaka (°) PP 139,42 1,73 PP A/M 137,98 3,23 PP A/M/U 44,55 2,75 Preglednica 3 Vzorec Tlak (kPa) Cas prehajanja (min) Stopnja razbarvani a (%) PP 100 11 21,94 PP 200 4 15,98 PP 300 1 9,75 PP A/M/U 200 60 80,33 PP A/M/U 300 45 67,30 2/2
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201200222A SI24144A (sl) | 2012-07-02 | 2012-07-02 | Postopek izdelave nanokompozitne ultrafiltracijske membrane z vključenimi delci mineralov glin za čiščenje odpadnih vod |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201200222A SI24144A (sl) | 2012-07-02 | 2012-07-02 | Postopek izdelave nanokompozitne ultrafiltracijske membrane z vključenimi delci mineralov glin za čiščenje odpadnih vod |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SI24144A true SI24144A (sl) | 2014-01-31 |
Family
ID=50000154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI201200222A SI24144A (sl) | 2012-07-02 | 2012-07-02 | Postopek izdelave nanokompozitne ultrafiltracijske membrane z vključenimi delci mineralov glin za čiščenje odpadnih vod |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SI (1) | SI24144A (sl) |
-
2012
- 2012-07-02 SI SI201200222A patent/SI24144A/sl not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ibrahim et al. | Synthesis of super hydrophilic cellulose-alpha zirconium phosphate ion exchange membrane via surface coating for the removal of heavy metals from wastewater | |
| Habiba et al. | Adsorption study of methyl orange by chitosan/polyvinyl alcohol/zeolite electrospun composite nanofibrous membrane | |
| Buruga et al. | A review on functional polymer-clay based nanocomposite membranes for treatment of water | |
| Ngah et al. | Adsorption of dyes and heavy metal ions by chitosan composites: A review | |
| Yi et al. | Graphene oxide encapsulated polyvinyl alcohol/sodium alginate hydrogel microspheres for Cu (II) and U (VI) removal | |
| Kim et al. | Fouling and retention mechanisms of selected cationic and anionic dyes in a Ti3C2T x MXene-ultrafiltration hybrid system | |
| Xie et al. | Physical and chemical treatments for removal of perchlorate from water–A review | |
| Abbasian Chaleshtari et al. | A review on per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS) remediation: separation mechanisms and molecular interactions | |
| Mahdavi Far et al. | A review of zeolite materials used in membranes for water purification: History, applications, challenges and future trends | |
| Crozes et al. | Effect of adsorption of organic matter on fouling of ultrafiltration membranes | |
| Chatterjee et al. | Supersorption capacity of anionic dye by newer chitosan hydrogel capsules via green surfactant exchange method | |
| Chen et al. | Preparation, characterization and adsorption properties of a novel 3-aminopropyltriethoxysilane functionalized sodium alginate porous membrane adsorbent for Cr (III) ions | |
| Zhang et al. | Novel composite membranes for simultaneous catalytic degradation of organic contaminants and adsorption of heavy metal ions | |
| Hajdu et al. | Combined nano-membrane technology for removal of lead ions | |
| US9950310B2 (en) | Preparation method of granular oxide adsorbent, and water treatment method using same | |
| Li et al. | Integrating cationic metal-organic frameworks with ultrafiltration membrane for selective removal of perchlorate from Water | |
| CN101394917A (zh) | 孔扩散式平膜分离装置、平膜浓缩装置、孔扩散用再生纤维素多孔膜和非破坏式的平膜检查方法 | |
| Yi et al. | Factorial design applied to flux decline of anionic polyacrylamide removal from water by modified polyvinylidene fluoride ultrafiltration membranes | |
| US20180085712A1 (en) | Ultrafiltration membrane and a preparation method thereof | |
| Xing et al. | Biomass activated carbon/SiO2-based imprinted membranes for selective separation of atrazine: a synergistic integration system | |
| JP2004066153A (ja) | ホウ素選択吸着能を有する有機多孔質体、これを用いたホウ素除去モジュールおよび超純水製造装置 | |
| Okasha et al. | Progress of synthetic cyclodextrins-based materials as effective adsorbents of the common water pollutants: Comprehensive review | |
| Amaly et al. | Rapid removal of nitrate from liquid dairy manure by cationic poly (vinyl alcohol-co-ethylene) nanofiber membrane | |
| JP2023541917A (ja) | 多孔質ポリマー骨格を組み込んだ荷電膜 | |
| Megbenu et al. | Effective removal of methylene blue dye by a novel 4‐vinylpyridine‐co‐methacrylic acid cryogel: kinetic, isotherm, and breakthrough studies |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OO00 | Grant of patent |
Effective date: 20140224 |
|
| KO00 | Lapse of patent |
Effective date: 20160223 |