اصلاح ساختاری غشای پلیمری پلی‌اتر سولفون با نانوذرات SiO2/ZIF-8 برای فرایند اسمز مستقیم

فرضیه: با وجود کاربرد گسترده غشاهای نانوفیلتری در فرایند اسمز مستقیم (FO)، پدیده قطبش غلظت درونی همچنان از مهم‌ترین چالش‌های این فرایند است. روش‌های مختلفی به‌منظور کاهش اثر این پدیده نامطلوب پیشنهاد شده است که یکی از آن‌ها بارگذاری نانوذرات آب‌دوست در ساختار غشاست. در این پژوهش، از نانوذرات SiO2/ZIF-8 برای بهبود ساختار و عملکرد غشاهای پلی‌اترسولفونی (PES) در فرایند اسمز مستقیم استفاده شده است. روش‌ها: ابتدا، غشای پلی‌اتر‌سولفون با روش وارونگی فاز تهیه شد. در مرحله بعد، نانوذرات ZIF-8 و SiO2/ZIF-8 به‌عنوان پرکننده در دمای محیط سنتز شدند. غشاهای کامپوزیتی لایه‌نازک به‌عنوان لایه رویی برای فرایند اسمز مستقیم با روش پلیمرشدن بین‌‌سطحی و از واکنش میان دو مونومر واکنش‌پذیر آلی (TMC) و آبی (MPD) به‌دست آمدند. در نهایت، برای ارزیابی نانوذرات و غشاهای ساخته‌شده، آزمون‌های اندازه‌گیری زاویه تماس، طیف‌نمایی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوبی الکترونی پویشی نشر میدانی (FE-SEM)، پراش‌سنجی پرتو X و اندازه‌گیری مقدار تخلخل غشا به‌کار گرفته شدند. همچنین، عملکرد غشاهای ساخته‌شده پایه و کامپوزیتی (غشایی که حداقل از دو ماده مختلف تشکیل شده است) و نانوکامپوزیتی لایه‌نازک با فرایندهای اسمز مستقیم و معکوس بررسی شد.  یافته‌ها: نتایج حاکی از وجود مقدار کمی SiO2/ZIF-8 در غشاست که سبب افزایش آب‌دوستی و تخلخل آن شده و شار و پس‌زنی فرایند FO را نیز بهبود داده است. شار آب غشای اسمز مستقیم لایه‌نازک نانوکامپوزیتی به‌طور چشمگیری از 15.23L/m2.hبه 25.13L/m2.h افزایش یافت، زمانی که از محلول 10 میلی‌مولار و 2 مولار NaCl، به‌ترتیب به‌عنوان محلول خوراک (FS) و محلول اسمزی (DS) استفاده شد. بهبود شار آب اسمز مستقیم را می‌توان به کمترشدن مؤلفه ساختاری غشا (S) در زیرلایه اصلاح‌شده PES و کاهش قطبش غلظت درونی نسبت داد.