بررسی تأثیر تابش پلاسمای آرگون- هوا بر عملکرد جداسازی غشای نانوفیلتراسیون: اثر زمان، توان و ترکیب پلاسما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه اراک، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک، ایران

چکیده

در این پژوهش غشاهای نانوفیلتراسیون لایه نازک با استفاده از پلاسماهای آرگون و هوا اصلاح گردید. اثر تغییرات زمان، توان و ترکیب گازی پلاسمای استفاده شده بر خواص شیمی- فیزیکی و جداسازی غشاها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اصلاح پلاسمایی به‌طور چشم‌گیری موجب افزایش آب‌دوستی سطحی غشاها گردید. اصلاح سطح غشاها به‌روش درمان پلاسما سبب افزایش قابل توجه فلاکس آب عبوری از غشا شد. راندمان جداسازی غشاها نیز در اثر اصلاح سطحی، در مقایسه با نمونه اصلاح نشده، دچار تغییرات گسترده‌ای گردید. میزان انتخاب‌پذیری غشاهای اصلاح شده در توان W 35 و زمان s 180 تابش پلاسما در حدود 30%، در توان W 25 و پس از s 120 تابش در محدوده 76 تا 92% و در W 15 و پس از s 60 تابش در محدوده 77 تا 89% اندازه‌گیری گردید. میزان انتخاب‌پذیری نمونه غشا اصلاح نشده نیز 90% اندازه‌گیری گردید. در بین تمامی نمونه‌های مورد ارزیابی، نمونه اصلاح شده با استفاده از ترکیب پلاسمای 50-50 آرگون و هوا، در W 25 و پس از s 120 تابش با افزایش چشم‌گیر فلاکس آب نسبت به غشای اولیه به‌عنوان نمونه بهینه در نظر گرفته شد.
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation the Effect of Ar-Air plasma Treatment on Separation Performance of Nanofiltration Membrane: Influence of Time, Power and Composition of Plasma

نویسندگان [English]

  • Zeynab Kiamehr 1
  • Samaneh Koudzari Farahani 2
  • Bijan Farokhi 1
  • Sayed Mohsen Hosseini 2
1 Department of Physics, Faculty of Sciences, Arak University, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Iran
چکیده [English]

In this study, thin film nanofiltration membranes were modified by using Ar-Air plasma. The effect of plasma time, power and the composition of plasma gases on physico-chemical properties and separation performance of membranes were investigated. The results showed that the plasma treatment caused to increase in membrane surface hydrophilicity considerably. The surface modification of membranes by using plasma treatment led to enhancement of water flux through the membrane obviously. The separation efficiency of membranes due to surface modification was also changed broadly compared to unmodified membrane. The separation efficiency of modified membranes at 35 W and 180 s, 25 W and 120 s, and 15 W and 60 s plasma treatment measured ~30%, 76%-92%  and 77%-89% respectively. The selectivity for un-modified membrane was also measured ~90%. Among all studied membranes, the modified membrane at 50-50 (v/v) Ar-Air plasma, 25 W and 120 s treatment with considerable enhancement of water flux compared to pristine membrane was selected as the optimum sample.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanofiltration Membrane
  • Surface Modification
  • Plasma Composition
  • Plasma Power and Time
[1]. Adamson A W, Alice A P, Gast P (1997) Physical chemistry ofsurfaces, Wiley-Interscience, New York, USA. ##
[2]. Khoee S, Bageri Y (2014) Surface modification of magnetite nanoparticles via click reaction for biomedical application, Polymerization, 5: 16-26. ##
[3]. Egitto F D (1990) Plasma etching and modification of organic polymers, Pure and applied Chemistry, 62: 1699-1708. ##
[4]. Inagaki N (1996) Plasma surface modification and plasma polymerization, CRC press, Boca Raton FL, USA. ##
[5]. Wolf R A (2012) Atmospheric pressure plasma for surface modification, 3rd edittion, John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, N J, USA, 1-264. ##
[6]. Chapman B N (1980) Glow discharge processes: sputtering andplasma etching, Wiley-Interscience, New York, USA. ##
[7]. Chan C M, Ko T M, Hiraoka H (1996) Polymer surface modification by plasmas and photons, Surface Science Reports, 24: 1-54. ##
[8]. Zhao C, Xue J, Ran F, Sun S (2013) Modification of polyethersulfone membranes- a review of methods, Progress in Materials Science, 58: 76-150. ##
[9]. Luo M L, Zhao J Q, Tang W, Pu C S (2005) Hydrophilic modification of poly(ethersulfone) ultrafiltration membrane surface by self-assembly of TiO2 nanoparticles, Applied Surface Science, 249: 76-84. ##
[10]. Pinnau I, Freeman B D (2004) Advanced materials for membrane separations, American Chemical Society, Washington DC, USA, 947-951. ##
[11]. Kim S M (2013) Surface nanostructuring of polysulfone membranes by atmospheric pressure plasma-induced graft polymerization, University of California, Los Angeles, USA. ##
[12]. Hosseini S M, Madaeni S S, Khodabakhshi A R, Zendehnam A (2010) Preparation and surface modification of PVC/SBR heterogeneous cation exchange membrane with silver nanoparticles by plasma treatment, Journal of Membrane Science, 365: 438-446. ##
[13]. Sadeghi I, Aroujalian A, Raisi A, Dabir B (2013) Surface modification of polyethersulfone ultrafiltration membranes by corona air plasma for separation of oil/water emulsions, Journal of Membrane Science, 430: 24-36. ##
[14]. Sexena N, Prabhavathy C, De S, DasGupta S (2009) Flux enhancement by argon-oxygen plasma treatment of polyethersulfone membranes, Separation and Purification Technology, 70: 160-165. ##
[15]. Farokhi B, Rezaaei M, Kiamehr Z, Hosseini S M (2019) A new approach to provide high water permeable polyethersulfone based nanofiltration membrane by Air plasma treatment, International Journal of Engineering (IJE), 32: 354-359. ##
[16]. Mohammed S, Hegab H M, Ou R, Liu S, Ma H, Chen X, Sridhar T, Wang H (2021) Effect of oxygen plasma treatment on the nanofiltration performance of reduced graphene oxide/cellulose nanofiber composite membranes, Green Chemical Engineering, 2: 122-131. ##
[17]. Xu W L, Zhou F, Yu M (2018) Tuning water nanofiltration performance of few-layered, reduced graphene oxide membranes by oxygen plasma, Industrial and Engineering Chemistry Research, 57: 16103-16109. ##
[18]. Kim E S, Yu Q, Deng B (2011) Plasma surface modification of nanofiltration (NF) thin-film composite (TFC) membranes to improve anti organic fouling, Applied Surface Science, 257: 9863-9871. ##
[19]. Han R, Zhang S, Liu C, Wang Y, Jian X (2009) Effect of NaA zeolite particle addition on poly (phthalazinone ether sulfone ketone) composite ultrafiltration (UF) membrane performance, Journal of Membrane Science, 345: 3455-3462. ##
[20]. Lee H S, Im S J, Kim J H, Kim H J, Kim J P, Min B R (2008) Polyamide thin-film NF membranes containing TiO2 nanoparticles, Desalination, 219: 48-56. ##
[21]. Hegde C, Isloor A M, Padaki M, Fun H K (2013) Synthesis and performance characterization of PS-PPEES nanoporous membranes with nonwoven porous support, Arabian Journal of Chemistry, 6: 319-326. ##