تهیه غشاهای اولترافیلتراسیون با منافذ کوچک با تخلخل سطحی بالا به روش NIPS درجا به کمک نانوحباب CO2

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):

چکیده

ساخت غشاهای اولترافیلتراسیون (UF) با اندازه حفرات کوچک (کمتر از20 نانومتر) و تخلخل سطح بالا هنوز یک چالش بزرگ است. در این مقاله، یک تکنیک جداسازی فاز غیرحلال ناشی از نانوحباب (BNIPS) برای تهیه غشاهای UF با کارایی بالا با افزودن مقدار کمی از نانوذرات CaCO₃ به محلول ریخته‌گری توسعه داده شد. وارونگی فاز در یک حمام انعقادی اسید رقیق برای تولید همزمان نانوحباب‌های CO₂ رخ داد که ساختار غشا را تنظیم می‌کرد. اثرات محتوای نانوذرات CaCO₃ در محلول ریخته گری بر ساختار و عملکرد غشاهای UF پلی (اتر سولفون)/پلی‌سولفون سولفونه‌شده (PES/SPSf) مورد مطالعه قرار گرفت. غشای UF تهیه‌شده از محلول ریخته‌گری با 3/0% نانوذرات CaCO₃ به تخلخل سطحی 12%، قطر حفرات 2/10 نانومتر و ضخامت لایه 3/80 نانومتر دست یافت. ساختار عالی غشا UF عمدتاً به تولید درجا نانوحباب‌های CO₂ نسبت داده می‌شود، زیرا نانوحباب‌های CO₂ نسبت به آب و حلال‌ها سبب به تأخیر انداختن زمان وارونگی فاز دوگانه شده و به‌عنوان مواد متخلخل در اندازه نانو عمل می‌کردند. غشای تولید ‌شده عملکرد جداسازی بی‌سابقه‌ای را نشان داده و به نفوذ آب خالص تا L/m²·h¹·bar¹ 1128 ، 5/2 برابر غشای کنترل‌شده دست یافت. به‌طور مشابه، دفع آلبومین سرم گاوی بالای 99 درصد به دست آمد. نفوذپذیری و گزینش‌پذیری کلی، بهتر از غشاهای تجاری و سایر غشاهای UF گزارش شده قبلی بود. این مقاله بینشی نسبت به یک تکنیک ساده و مقرون به صرفه برای پرداختن به ارتباط بین نفوذ آب خالص و دفع املاح غشاهای UF ارائه می‌دهد.

نتیجه‎‌گیری

در مقاله فعلی، BNIPS با موفقیت برای تهیه غشاهای UF با تخلخل سطح بالا، اندازه منافذ کوچک با توزیع اندازه باریک و ضخامت لایه نازک غشا توسعه داده شد. وارونگی فاز یک محلول ریخته‌گری با مقدار کمی از نانوذرات CaCO₃ در یک حمام انعقادی اسیدی رقیق رخ داد تا به طور همزمان نانوحباب‌های CO₂ تولید شود که ریزساختار غشا را تنظیم کند. غشای UF از محلول ریخته‌گری با 3/0 درصد نانوذرات CaCO₃ دارای تخلخل سطحی 12 درصد، اندازه منافذ 2/10 نانومتر و ضخامت لایه پوست 3/80 نانومتر بود. ساختار برتر غشا UF عمدتاً به تولید درجا نانوحباب‌های CO₂ نسبت داده می‌شود، زیرا نانوحباب‌های CO₂ نسبت به آب و حلال‌ها سبب به تأخیر انداختن زمان وارونگی فاز دوگانه شده و به‌عنوان مواد متخلخل در اندازه نانو عمل می‌کردند. غشای تولید شده عملکرد جداسازی بی‌سابقه‌ای با نفوذ آب خالص بالای L/m²h¹bar¹ 1128 ، 5/2 برابر غشای کنترل‌شده نشان داد در حالیکه دفع BSA بالای 99 درصد را حفظ کرد. نفوذپذیری کلی (نفوذ آب خالص) و گزینش‌پذیری (دفع املاح) نسبت به سایر غشاهای UF که قبلا گزارش شده بودند بهتر بود. استراتژی آماده‌سازی ساده و مقرون به صرفه برای ارائه مسیر جدیدی برای تولید غشاهای UF با کارایی بالا در نظر گرفته شده است.

با توجه به این نکات، برخی محدودیت‌ها در روش BNIPS باید در کارهای آینده در نظر گرفته شود. برای مثال، پراکندگی نانوذرات در محلول ریخته‌گری باید تضمین شود. محلول رقیق HCl به‌عنوان یک حمام انعقادی باعث خوردگی تجهیزات، به ویژه ستون‌های تقطیر برای بازیافت حلال مایع انعقادی می‌شود که به‌طور گسترده در کارخانه‌های آماده‌سازی غشا در چین استفاده می‌شود. تأثیر اندازه نانوذرات بر ساختار و خواص غشا ارزش مطالعه بیشتر را دارد. یکی دیگر از راه حل‌های ممکن، انتخاب برخی مواد محلول و کف آب به‌عنوان افزودنی در محلول ریخته‌گری برای تولید نانوحباب در حین وارونگی فاز در روش BNIPS است.

دانلود فایل: تهیه غشاهای اولترافیلتراسیون با منافذ کوچک با تخلخل سطحی بالا به روش NIPS درجا به کمک نانوحباب CO2

Reference

Wang S, Li Q, He B, Gao M, Ji Y, Cui Z, Yan F, Ma X, Younas M, Li J. Preparation of small-pore ultrafiltration membranes with high surface porosity by in situ CO2 nanobubble-assisted NIPS. ACS Applied Materials & Interfaces. 2022 Feb 2;14(6):8633-43.

DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.1c23760

مترجم: علیرضا کرفی