مروری بر غشاهای نانوصافش بستر مختلط بر‎پایه پلی سولفون و پلی اترسولفون/ نانوذرات کربنی

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 2، دوره 14، شماره 4، اسفند 1399، صفحه 1-24   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

نادر غلامی¹؛ حسین مهدوی^{* 2}

¹دکترای شیمی در دانشکده شیمی، پردیس علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

²استاد دانشکده شیمی، پردیس علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

باوجود‎آنکه فناوری غشایی نسبت به روش­های متداول جداسازی، دارای مزایایی مانند توانایی حذف بالا،         انعطاف­پذیری عملیات، اثربخشی بهتر در جداسازی است، ولی گرفتگی محدودیت اصلی در به‎کارگیری بیشتر فناوری غشایی است که دلیل اصلی آن آب­گریزی ذاتی مواد سازنده غشا است. برای غلبه بر این اشکال از غشاهای نانوچندسازه استفاده می­شود. در بین فرایندهای غشایی، نانوصافش (NF) کاربردهایی در تصفیه انواع آب‎های زیرزمینی و سطحی، تصفیه پساب و پیش عملیات     نمک­زدایی دارد. از آنجا که فرایند NF در فشار پایین­تری انجام می­شود، از دید مصرف انرژی فرایندی بسیار با صرفه­تر است. در این مقاله مروری، اصلاح غشاهای پلی­سولفون/پلی­اترسولفون در رابطه با عملکرد ضدگرفتگی و سازوکار کاهش گرفتگی برپایه روش‎های متفاوت اصلاح غشا بررسی شده است. این بررسی نشان می‎دهد که آب‎دوستی در سطح غشا پلی‎سولفون/پلی­اترسولفون بهبود می­یابد. همچنین، مطالعه‎ای جامع در باره ساخت غشاهای نانوچندسازه­ای به‎دست آمده از به‎کارگیری نانوذرات در غشا بسپاری بستر مختلط، ویژگی و کاربرد آن­ها با پرکننده­های آلی (مانند گرافن و نانولوله کربنی) انجام شده است. روش­های شناسایی به‎کارگرفته‎شده برای غشاهای اصلاح شده نیز موردبررسی قرارگرفته است. 

کلیدواژه‌ها

نانوصافش؛ گرفتگی؛ آب دوستی؛ آب گریزی؛ پلی اترسولفون؛ پلی سولفون؛ غشا بستر مختلط

مراجع

[1] Lee, K.P.; Arnot, T.C.; Mattia, D; J. Membr. Sci. 370, 1-22, 2011.

[2] Lee, A.; Elam, J.W.; Darling, S.B.; Environ. Sci. Water Res. Technol 2(1), 17-42, 2016.

[3] Liu, Y.; Zhang, S.; Wang, G.; Desalination 316, 127-136, 2013.

[4] Jhaveri, J.-H.; Murthy, Z.V.P.; Desal. Water Treat. 57(55), 1-17, 2016.

[5] Wang, B.; Liang, W.; Guo, Z.; Liu, W.; Chem. Soc. Rev. 44, 336-361, 2015.

[6] Shi, Q.; Su, Y.L.; Jian, Z.Y.; J. Membr. Sci. 319, 271-278, 2008.

[7] Mohammad, A.W.; Teow, Y.H.; Ang, W.L.; Chung, Y.T.; Oatley-Radcliffe, D.L.; Hilal, N.; Desalination 356, 226-254, 2015.

[8] Peydayesh, M.; Mohammadi, T.; Bakhtiari, O.; Sep. Purif. Technol. 194, 488-502, 2018.

[9] Soyekwo, F.; Zhang, Q.G.; Deng, C.; Gong, Y.; Zhu, A.M.; Liu, Q.L.; J. Membr. Sci. 454, 339-345, 2014.

[10] Rakhshan, N.; Pakizeh, M.; Korean J. Chem. Eng. 32, 2524-2533, 2015.

[11] Moochani, M.; Moghadassi, A.; Hosseini, S.M.; Bagheripour, E.; Parvizian, F.; Korean J. Chem. Eng. 33(9), 2674-2683, 2016.

[12] Pedicini, R.; Carbone, A.; Saccà, A.; Gatto, I.; Di Marco, G.; Passalacqua, E.; Polym. Test 27(2), 248-259, 2008.

[13] Barth, C.; Gonçalves, M.C.; Pires, A.T.N.; Roeder, J.; Wolf, B.A.; J Membr Sci. 169(2), 287-299, 2000.

[14] Liu, SX.; Kim, J.T.; J Adhes. Sci. Technol. 25(1-3), 193-212, 2012.

[15] Wang, Y.; Su, Y.; Sun, Q.; Ma, X.; Ma, X.; Jiang Z.; J. Membr. Sci. 282(1-2), 44-51, 2006a.

[16] Boussu, K.; Van der Bruggen, B.; Volodin, A.; Van Haesendonck, C.; Delcour, JA.; Van der Meeren, P.; Vandecasteele, C.; Desalination 191(1-3), 245-253, 2006.

[17] Razali, N.F.; Mohammad, A.W.; Hilal, N.; Leo, C.P.; Alam, J.; Desalination 311, 182-191, 2013.

[18] Stengaard, F.F.;  J. Membr. Sci. 36, 251-275, 1988.

[19] Khulbe, K.C.; Feng, C.; Matsuura, T.; J Appl Polym Sci. 115(2), 855-895, 2010.

[20] Zhao, C.; Xue, J.; Ran, F.; Sun, S.; Prog. Mater Sci. 58, 76-150, 2013.

[21] Zhao, W.; Su, Y.; Li, C.; Shi, Q.; Ning, X.;  Jiang, Z.; J. Membr. Sci. 318(1-2), 405-412, 2008.

[22] Van der Bruggen, B.; J Appl Polym Sci. 114, 630-642, 2009.

[23] Huang, J.; Wang, H.; Zhang, K.; Desalination 336, 8-17, 2014.

[24] Chowdhury, S.R.; Kumar, P.; Bhattacharya, P.K.; Kumar, A.; Sep.Purif. Technol. 24, 271-282, 2001.

[25] Gholami, N.; Mahdavi, H.; Adv Polym Technol. 37, 8, 3529-3541, 2018.

[26] Mahdavi, H.; Heidari, A.A.; Polym Adv Technol. 29, 2, 989-1001, 2018.

[27] Peeva, P.D.; Pieper, T.; Ulbricht, M.; J. Membr. Sci. 362, 1-2, 560-568, 2010.

[28] Keszler, B.; Kova´cs, G.; To´th, A.; Berto´li, I.; Hegyi, M.; J Membr Sci. 62, 201- 210, 1991.

[29] Zhao, X.; Su, Y.; Chen, W.; Peng, J.; Jiang, Z.; J. Membr. Sci. 382(1-2), 222-230, 2011.

[30] Qin, H.; Sun, C.; He, C.; Wang, D.; Cheng, C.; Nie, S.; Sun, S.; Zhao, C.; J. Membr. Sci. 468, 172-183, 2014.

[31] Mahdavi, H.; Kazemi Shariat Panahi, M.; Shahalizade, T.; Polym. Bull. 75, 5677-5694, 2018.

[32] Mahdavi, H.; Moradi-Garakani, F.; Chemical Engineering Research and Design 125, 156-165, 2017.

[33] Mahdavi, H.; Ardeshiri, F.; J. Iran. Chem. Soc. 13, 873-880, 2016.

[34] Mahdavi, H.; Razmi, F.; Shahalizade, T.; Sep. Purif. Technol. 162, 37-44, 2016.

[35] Mahdavi, H.; Heidari, A.A.; Polym Adv Technol. 29(2), 989-1001, 2018.

[36] Mahmoudian, M.; Ghasemi Kochameshki, M.; Mahdavi, H.; Vahabi, H.; Enayati, M.; Polym Adv Technol. 29, 2690-2700, 2018.

[37] Mahdavi, H.; Hosseinzadeh, M.T.; Shahalizade, T.; J IRAN CHEM SOC. 12, 1465-1472, 2015.

[38] Mahdavi, H.; Mahmoudian, M.; Shikhhasani, F.; Polymer Science, Ser. B, 56(4), 494-503, 2014.

[39] Mahdavi, H.; Mahmoudian, M.; J IRAN CHEM SOC. 11, 1275-1285, 2014.

[40] Ma, X.; Su, Y.; Sun, Q.; Wang, Y.; Jiang, Z.; J. Membr. Sci. 300, 71-78, 2007.

[41] Yu, H.; Cao, Y.; Kang, G.; Liu, J.; Li, M.; Yuan, Q.; J. Membr. Sci. 342, 6-13, 2009.

[42] Pourjafar, S.; Rahimpour, A.; Jahanshahi, M.; J. Ind. Eng. Chem. 18, 1398-1405, 2012.

[43] Boricha, A.G.; Murthy, Z.V.P.; J. Appl. Polym. Sci. 110, 3596-3605, 2008.

[44] Boricha, A.G.; Murthy, Z.V.P.; J. Membr. Sci. 339, 239-249, 2009.

[45] Luo, M.-l.; Tang, W.;  Zhao, J.-q.;  Pu, C.-s.; J. Mater. Process. Technol. 172, 431-436, 2006.

[46] Garcia-ivars, J.; Iborra-clar, M.; Alcaina-miranda, M.; Sep. Purif. Technol. 135, 88-99, 2014.

[47] Das, R.; Ali, M.E.; Hamid, S.B.A.; Ramakrishna, S.; Chowdhury, Z.Z;. Desalination 336, 97-109, 2014.

[48] Khorshidi, B.; Hajinasiri, J.; Sadrzadeh, M.; J. Membr. Sci.  500, 151-160, 2016.

[49] Miyauchi, M.; Nakajima, A.; Watanabe, T.; Hashimoto, K.; Chem. Mater. 14, 6, 2812-2816, 2002.

[50] Madaeni, S.S.; Ghaemi, N.; J. Membr. Sci. 303, 221-233, 2007.

[51] Zhang, X.W.; Wang, D.K.; Lopezn, D.R.S.; da Costa, J.C.D.; Chem. Eng. J. 236, 314-322, 2014.

[52] Kanakaraju, D.; Glass, B.D.; Oelgemoller, M.; Environ. Chem. Lett. 12, 27-47, 2014.

[53] Balta, S.; Sotto, A.; Luis, P.; Benea, L.; Van der Bruggen, B.; Kim, J.; J. Membr. Sci. 389, 155-161, 2012.

[54] Hess, S.C.; Kohll, A.X.; Raso, R.A.; Schumacher, C.M.; Grass, R.N.; Stark, W.J.; ACS Appl. Mater. Interfaces. 7(1), 611-617, 2015.

[55] Yang, Y.; Zhang, H.; Wang, P.; Zheng Q.; Li, J.; J. Memb. Sci. 288(1-2), 231-238, 2007.

[56] Sotto, A.; Boromand, A,; Zhang, R.; Luis, P.; Arsuaga, J. M.; Kim, J.; Van der Bruggen, B.; J. Colloid Interface Sci. 363, 2, 540-550, 2011.

[57] Prashantha, K.; Park, S.G.; J. Appl. Polym. Sci. 98(5), 1875-1878, 2005.

[58] Bae, T.-H.; Kim, I.-C.; Tak, T.-M.; J. Memb. Sci. 275(1-2), 1-5, 2006.

[59] Li, J.-F.; Xu, Z.-L.; Yang, H.; Yu, L.-Y.; Liu, M.; Appl. Surf. Sci. 255, 9, 4725-4732, 2009.

[60] Mingliang, L.; Qingzhi, W.; Jialin, L.; Hongjian, L.; Zilong J.; Chin. J. Chem. Eng. 19(1), 45-51, 2011.

[61] Liu, S.; Yu, H.; Zhou, L.; Wang, P.; Shao, Z.; Yi, B.; Int. J. Hydrogen Energy. 37(15), 11425-11430, 2012.

[62] Jamshidi Gohari, R.; Lau, W.J.; Matsuura, T.; Halakoo, E.; Ismail, A.F.; Sep. Purif. Technol. 120, 59-68, 2013.

[63] Jamshidi Gohari, R.;  Halakoo,  E.; Lau,  W.J.; Kassim,   M.A.; Matsuura,  T.;  Ismail,  A.F.;  RSC Adv. 4(34), 17587-17596, 2014.

[64] Rahimpour, A.; Madaeni, S.S.; Taheri, A.H.; Mansourpanah, Y.; J. Membr. J. Membr. Sci. 313(1-2), 158-169, 2008.

[65] Bae, T.-H.; Tak, T.-M.; J. Membr. Sci. 249, 1-8, 2005.

[66] Luo, M.-L.; Zhao, J.-Q.; Tang, W.; Pu, C.-S.; Appl. Surf. Sci. 249, 76-84, 2005.

[67] Li, X.; Fang, X.; Pang, R.; Li, J.; Sun, X.; Shen, J.; Han, W.; Wang, L.; J. Membr. Sci. 467, 226-235, 2014.

[68] Hamid, N.A.A.; Ismail, A.F.; Matsuura, T.; Zularisam, A.W.; Lau, W.J.; Yuliwati, E.; Abdullah, M.S.; Desalination 273, 85-92, 2011.

[69] Yang, Y.; Wang, P.; Polymer 47, 2683-2688, 2006.

[70] Vatanpour, V.; Madaeni, S.S.; Khataee, A.R.; Salehi, E.; Zinadini, S.; Monfared, H.A.; Desalination 292, 19-29, 2012.

[71] Kumar, R.; Isloor, A.M.; Ismail, A.F.; Rashid, S.A.; Ahmed, A.A.; Desalination 316, 76-84, 2013.

[72] Shaban, M.; AbdAllah, H.; Said, L.; Hamdy, H.S.; Khalek, A.A.; Chem. Eng. Res. Des. 95, 307-316, 2015.

[73] Shen, J.N.; Ruan, H.M.; Wu, L.G.; Gao, C.J.; Chem. Eng. J. 168(3), 1272-1278, 2011.

[74] Ahmad, A.L.; Majid, M.A.; Ooi, B.S.; Desalination 268(1-3), 266-269, 2011.

[75] Leo, C.P.; Lee, W.P.C.; Ahmad, A.L.; Mohammad, A.W.; Sep. Purif. Technol. 89, 51-56, 2012.

[76] Zhao, S.; Yan, W.; Shi, M.; Wang, Z.; Wang, J.; Wang, S.; J. Membr. Sci. 478, 105-116, 2015.

[77] Pang, R.; Li, X.; Li, J.; Lu, Z.; Sun, X.; Wang, L.; Desalination 332, 60-66, 2014.

[78] Homayoonfal, M.; Mehrnia, M.R.; Shariaty-Niassar, M.; Akbari, A.; Ismail, A.F.; Matsuura, T.; Desalination 354, 125-142, 2014.

[79] Ghaemi, N.; Madaeni, S.S.; Daraei, P.; Rajabi, H.; Zinadini, S.; Alizadeh, A.; Heydari, R.; Beygzadeh, M.; Ghouzivand, S.; Chem. Eng. J. 263, 101-112, 2015.

[80] Jhaveri, J. -H.; Murthy, Z.V.P.; Desalination 379, 137-154, 2016.

[81] Geim, A.K.; Science, 324(5934), 1530-1534, 2009.

[82] Choi, J. -H.; Jegal, J.; Kim, W.-N.; J. Membr. Sci. 284, 406-415, 2006.

[83] Vatanpour, V.; Madaeni, S.S.; Moradian, R.; Zinadini, S.; Astinchap, B.; J. Membr. Sci. 375, 284-294, 2011.

[84] Son, M.; Choi, H.-G.; Liu, L.; Celik, E.; Park, H.; Choi, H.; Chem. Eng. J. 266, 376-384, 2015.

[85] Ionita, M.; Pandele, A.M.; Crica, L.; Pilan, L.; Compos. Part B 59, 133-139, 2014.

[86] Zinadini, S.; Zinatizadeh, A.A.; Rahimi, M.; Vatanpour, V.; Zangeneh, H.; J. Membr. Sci. 453, 292-301, 2014.

[87] Akin, I.; Zor, E.; Bingol, H.; Ersoz, M.; J. Phys. Chem. B 118, 5707-5716, 2014.

[88] Goh, P.S.; Ismail, A.F.; Desalination 356, 115-128, 2015.

[89] Liu, H.; Wang, H.; Zhang, X.; Adv. Mater. 27, 249-254, 2015.

[90] Han, Y.; Xu, Z.; Gao, C.; Adv. Funct. Mater. 23, 3693-3700, 2013.

[91] Zhang, Y.; Chung, T.S.; Current Opinion in Chemical Engineering 16, 9-15, 2017.

[92] Heo, Y.; Im, H.; Kim, J.; J. Membr. Sci., 425-426, 11-22, 2013.

[93] Zhao, Y.; Xu, Z.; Shan, M.; Min, C.; Zhou, B.; Li, Y.; Li, B.; Liu, L.; Qian, X.; Sep. Purif. Technol. 103, 78-83, 2013.

[94] Ganesh, B.M.; Isloor, A.M.; Ismail, A.; Desalination 313, 199-207, 2013.

[95] Wang, N.; Ji, S.; Zhang, G.; Li, J.; Wang, L.; Chem. Eng. J. 213, 318-329, 2012.

[96] Liang, J.; Huang, Y.; Zhang, L.; Wang, Y.; Ma, Y.; Guo, T.; Chen, Y.; Adv. Funct. Mater. 19, 2297-2302, 2009.

[97] Safarpour, M.; Vatanpour, V.; Khataee A.; Desalination 393, 65-78, 2016.

[98] Yin, J.; Zhu, G.; Deng, B.; Desalination 379, 93-101, 2015.

[99] Surwade, S.P.; Smirnov, S.N.; Vlassiouk, I.V.; Unocic, R.R.; Veith, G.M.; Dai, S.; Mahurin, S.M.; Nature Nanotechnology 10, 459-464, 2015.

[100] Badrinezhad, L.; Ghasemi, S.; Azizian-Kalandaragh, Y.; Nematollahzadeh, A.; Polym. Bull. 75, 469-484, 2018.

[101] Zhang, Y.; Zhang, S.; Chung, T.S.; Environ. Sci. Technol. 49, 10235-10242, 2015.

[102] Mahalingam, D.K.; Kim, D.L.; Nunes, S.P.; Mater. Res. 2(46), 2505-2511, 2017.

[103] Abdel-Karim, A.; Leaper, S.; Alberto, M.; Vijayaraghavan, A.; Fan, X.; Holmes, S.M.; Souaya, E. R.;Badawy, M.I.; Gorgojo, P.; Chem. Eng. J. 334, 789-799, 2018.

[104] Igbinigun, E.; Fennell, Y.; Malaisamy, R.; Jones, K.L.; Morris, V.; J. Membr. Sci., 514, 518-526, 2016.

[105] Rezaee, R.; Nasseri, S.; Mahvi, A.H.; Jafari, A.; Safari, M.; Shahmoradi, B.; Alimohammadi, M.; Khazaei, M.; Maroosi, M.; J. Adv. Environ. Health Res. 4(3), 169-175, 2016.

[106] Homem, N.C.; Yamaguchi, N.U.; Vieira, M.F.; Amorim, M.T.S.P.; Bergamasco, R.; Chem. Eng. Trans. 60, 259-264, 2017.

[107] Hu, M.; Mi, B.; Environ. Sci. Technol. 47(8), 3715-3723, 2013.

[108] Lai, G.S.; Lau, W.J. Goh, P.S.; Ismail, A.F.; Yusof, N.; Tan, Y.H.; Desalination 387, 14-24, 2016.

[109] Wang, X.; Feng, M.; Liu, Y.; Deng, H.; Lu, J.; J. Membr. Sci. 577, 41-50, 2019.

[110] Rezaee, R.; Nasseri, S.; Mahvi, A.H.; Nabizadeh, R.; Mousavi, S.A.; Rashidi, A.; Jafari, A.; Nazmara, S.; Journal of Environmental Health Science & Engineering 13, 61-71, 2015.

[111] Wang, X.; Wang, H.; Wang, Y.; Gao, J.; Liu, J.; Zhang,  Y.; Desalination 451, 209-218, 2019.

[112] Wu, H.; Tang, B.; Wu, P.; J. Membr. Sci. 451, 94-102, 2014.

[113] Kou, L.; Gao, C.; Nanoscale 3(2), 519-528, 2011.

[114] Goei, R.; Lim, T.; Water Res. 59, 207-218, 2014.

[115] Celik, E.; Liu, L.; Choi, H.; Water Res. 45(16), 5287-5294, 2011.

[116] Zhang, J.; Zhang, Y.; Chen, Y.; Du, L.; Zhang, B.; Zhang, H.; Liu, J.; Wang, K.; Ind. Eng. Chem. Res. 51(7), 3081-3090, 2012.

[117] Daraei, P.; Madaeni, S.S.; Ghaemi, N.; Ahmadi Monfared, H.; Khadivi, M.A.; Sep. Purif. Technol. 104, 32-44, 2013.

[118] Vatanpour, V.; Esmaeili, M.; Davood Abadi Farahani, M.H.; J. Membr. Sci. 466, 70-81, 2014.

[119] Wang, L.; Song, X.; Wang, T.; Wang, S.; Wang, Z.; Gao, C.; Appl. Surf. Sci. 330, 118-125, 2015.

[120] Daramola, M.O.; Sadare, O.O.; Oluwasina, O.O.; Iyuke, S. E.; J. Membr. Sci. Res. 5, 310-316, 2019.

[121] Yokwana, K.; Gumbi, N.; Adams, F.; Mhlanga, S.; Nxumalo, E.; Mamba, Bheki; J. Appl. Polym. Sci. 132, 41835-41844, 2015.

[122] Morales-Torres, S.; Pastrana-Martínez, L.; Figueiredo, J.; Faria, J.; Silva, A.T.; Environ. Sci. Pollut. Res. 19, 3676-3687, 2012.

[123] Mahmoudi, E.; Ng, L.Y.; Ba-Abbad, M.M.; Mohammad, A.W.; Chem. Eng. J. 277, 1-10, 2015.

[124] Dizge, N.; Gonuldas, H.; Ozay, Y.; Ates, H.; Ocakoglu, K.; Harputlu, E.; Yildirimcan, S.; Unyayar, A.; Water Sci. Technol. 75(3), 670-685, 2017.

[125] Mahlangu, O.T.; Nackaerts, R.; Mamba, B.B.; Verliefde, A.R.D.;Water Sci. Technol. 76, 501-514, 2017.

[126] Mahlangu, O.T.; Nackaerts, R.; Thwala, J.M.; Mamba, B.B.; Verliefde, A.R.D.; J. Membr. Sc. 524, 43-55, 2017.

[127] Chung, Y.T.; Mahmoudi, E.; Mohammad, A.W.; Benamor, A.; Johnson, D.; Hilal, N.; Desalination 402, 123-132, 2017.

[128] Bagheripour, E.; Moghadassi, A.R.; Hosseini, S.M.; Van der Bruggen, B.; Parvizian, F.; J. Ind. Eng. Chem. 62(25), 311-320, 2018.

[129] Mahdavi, H.; Rahimi, A.; Desalination 433, 94-107, 2018.

[130] Gao, Y.; Hu, M.; Mi, B.; J. Membr. Sci. 455, 349-356, 2014.

[131] Daraei, P.; Madaeni, S.S.; Ghaemi, N.; Khadivi, M.A.; Astinchap, B.; Moradian, R.; J. Membr. Sci. 444, 184-191, 2013.

[132] Zinadini, S.; Rostami, S.; Vatanpour, V.; Jalilian, E.; J. Membr. Sci. 529, 133-141, 2017.