سنتز غشای نانوفیلتراسیون Zr/TiO2 به روش سل-ژل برای فیلتراسیون پساب و نمک‌زدایی

نانومواد

مقاله 2، دوره 11، شماره 38، تیر 1398، صفحه 81-92   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

ایوب تعاونی گیلان^*

دانشگاه رازی، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مواد و نساجی

چکیده

در این کار غشای نانوفیلتراسیون (NF) تیتانیای دوپ شده با زیرکونیم خالص با برش مولکولی (MWCO) حدود Da 1000 بوسیله روش سل-ژل کلوئیدی تولید شدند. به منظور حذف کامل مواد آلی فرآیند عملیات حرارتی تحت اتمسفر هوا انجام شد و غشای ZrO₂-TiO₂ تولید گردید. سپس این غشاء در دمای ^oC 200 و در اتمسفر هیدروژن به مدت 3 ساعت کاهیده شده و غشای Zr-TiO₂ تولید گردید. الگوهای XRD و تصاویر TEM نشان دادند که دوپ کردن زیرکونیم رشد دانه‌ای تیتانیا و استحاله فازی آناتاز به روتایل را محدود و به تعویق می‌اندازد که به علت حضور/جانشینی یون Zr⁴⁺ در شبکه تیتانیا است. نتایج آنالیز جذب-واجذب نیتروژن BET-BJH نشان داد که غشای تولیدی ZrO₂-TiO₂ با غلظت زیرکونیم dwb% 30 و دمای عملیات حرارتی ^oC 500 دارای اندازه تخلخل nm 2/1 هستند. بعد از کاهش توسط اتمسفر هیدروژن، اثر ممانعتی دوپ کردن زیرکونیم بر روی استحاله فازی تضعیف شده و غشاهای Zr-TiO₂ با ساختار بازتر و اندازه تخلخل بزرگتر nm 4/2 تولید شدند که نشان می‌دهد که اثر ممانعتی دوپ کردن زیرکونیم بر روی رشد بلوری و استحاله فازی آناتاز به روتایل برای ZrO₂، Zr^o و Zr⁴⁺ (سه حالت شیمیایی از عنصر زیرکونیم) به ترتیب بهبود یافته است. در نهایت غشاهای نانوفیلتراسیون Zr-TiO₂ با میزان نفوذپذیری آب برابر L/(m² h bar) 10 تولید شدند. همچنین این غشاها دارای دفع یونی بالایی برای یون‌های دو ظرفیتی (برای Mg²⁺ برابر 79%) و دفع یونی نسبتا پایین‌تری برای یون‌های تک ظرفیتی (مانند Li⁺ حدود 42% و Na⁺ کمتر از 30 درصد) هستند.

کلیدواژه‌ها

تیتانیا؛ زیرکونیم؛ غشاهای نانوفیلتراسیون؛ فرآیند سل-ژل؛ نمک‌زدایی

مراجع

• Vandezande, L.E. Gevers, I.F. Vankelecom, Chemical Society Reviews, 37, 2008, 405.
• Drioli, L. Giorno, E. Fontananova, "Membrane Science and Engineering", Amsterdam, Elsevier, 2017.
• Van Gestel, C. Vandecasteele, A. Buekenhoudt, C. Dotremont, Journal of Membrane Science, 214, 2003, 21.
• Larbot, S. Alami-Younssi, M. Persin, J. Sarrazin, L. Cot, Journal of membrane science, 97, 1994, 167.
• Kuzniatsova, M. Mottern, K. Shqau, D. Yu, H. Verweij, Journal of Membrane Science, 316, 2008, 80.
• Topuz, M. Ciftcioglu, Journal of sol-gel science and technology, 56, 2010, 287.
• Puhlfur, A. Voigt, R. Weber, M. Morbe, Journal of Membrane Science, 174, 2000, 123.
• Van Gestel, C. Vandecasteele, A. Buekenhoudt, C. Dotremont, J. Luyten, R. Leysen, B. Van der Bruggen, G. Maes, Journal of membrane science, 209, 2002, 379.
• Van Gestel, D. Sebold, H. Kruidhof, H.J. Bouwmeester, Journal of Membrane Science, 1, 2008, 413.
• Tsuru, D. Hironaka, T. Yoshioka, M. Asaeda, Desalination, 147, 2002, 213.
• Tsuru, T. Sudoh, T. Yoshioka, M. Asaeda, Journal of Membrane Science, 185, 2001, 253.
• Qi, L. Li, N. Xu, J.of sol-gel sci. and tech., 62, 2012, 208.
• Baticle, C. Kiefer, N. Lakhchaf, A. Larbot, O. Leclerc, M. Persin, J. Sarrazin, Journal of membrane science, 135, 1997, 1.
• Van Gestel, D. Sebold, H. Kruidhof, H.J. Bouwmeester, Journal of membrane science, 318, 2008, 413.
• Van Gestel, D. Sebold, F. Hauler, W.A. Meulenberg, H.P. Buchkremer, Journal of Membrane Science, 359, 2010, 64.
• Taavoni-Gilan, E. Taheri-Nassaj, M. Shamsipur, Journal of the Iranian Chemical Society, 15, 2018, 2759.
• Blanc, A. Larbot, J. Palmeri, M. Lopez, L. Cot, Journal of Membrane Science, 149, 1998, 151.
• Blanc, N. Hovnanian, D. Cot, A. Larbot, Journal of sol-gel science and technology, 17, 2000, 99.
• Palmeri, P. Blanc, A. Larbot, P. David, Journal of Membrane Science, 179, 2000, 243.
• Tsuru, H. Takezoe, M. Asaeda, AIChE Journal, 44, 1998, 765.
• Tsuru, M. Miyawaki, T. Yoshioka, M. Asaeda, AIChE Journal, 52, 2006, 522.
• Xu, M.A. Anderson, Journal of the American Ceramic Society, 77, 1994, 1939.
• G. Guizard, A.C. Julbe, A. Ayral, Journal of Materials Chemistry, 9, 1999, 55.
• Alphonse, A. Varghese, C. Tendero, J. Sol-Gel Sci. Technol., 56, 2010, 250.
• Cordero-Cabrera, G. Walker, D. Grant, Journal of materials science, 40, 2005, 3709.
• Li, T. White, S. Lim, Journal of solid state chemistry, 177, 2004, 1372.
• Zaspalis, W. Van Praag, K. Keizer, J. Ross, A. Burggraaf, Journal of materials science, 27, 1992, 1023.
• L. Martens, J. Motuzas, S. Smart, J.o.C. Diniz da Costa, Industrial & Engineering Chemistry Research, 57, 2018, 11381.
• Chung, S. Lin, S. Cheng, K. Chuang, H. Wang, IET Micro & Nano Letters, 6, 2011, 494.
• Mohammadi, D. Fray, A. Mohammadi, Microporous and Mesoporous Materials, 112, 2008, 392.
• P. Cao, D. Li, W.H. Jing, W.H. Xing, Y.Q. Fan, Journal of Materials Chemistry, 22, 2012, 15309.
• Hu, F. Li, Z. Fan, Bulletin of the Korean Chemical Society, 33, 2012, 1269.
• C. Yu, J. Yu, W. Ho, Z. Jiang, L. Zhang, Chemistry of materials, 14, 2002, 3808.
• L. Peng, M.M. Yao, F. Li, X.H. Sun, Particulate Science and Technology, 30, 2012, 81.
• Anisah, W. Puthai, M. Kanezashi, H. Nagasawa, T. Tsuru, Journal of Membrane Science, 564, 2018, 691.
• K. Nair, P. JagadeeshBabu, Advanced Science Letters, 24, 2018, 5764.
• H. Nguyen, C.C. Fu, R.S. Juang, Journal of Cleaner Production, 202, 2018, 413
• Taavoni-Gilan, E. Taheri-Nassaj, M. Shamsipur, Materials Technology, 32, 2017, 7.
• Bu, M. Wen, H. Zou, J. Wu, P. Zhou, W. Li, Z. Ku, Y. Peng, Q. Li, F. Huang, Solar Energy, 139, 2016, 290.
• Cai, X. Chen, Y. Wang, M. Qiu, Y. Fan, Microporous and Mesoporous Materials, 201, 2015, 202. 
• S. Anisah, M. Kanezashi, H. Nagasawa, T. Tsuru, Separation and Purification Technology, 212, 2019, 1001.