Wpływ metody wytwarzania na stabilność i przepuszczalność membran z tlenkiem grafenu

• Autorzy: Tomczak E. , Blus M. , Tylman M.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2018.12(1)025

Warianty tytułu

EN

Influence of preparation method on stability and permeability of graphene oxide membranes

• Konferencja: ECOpole’16 Conference (5-8.10.2016 ; Zakopane, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Od lat 90. ubiegłego stulecia trwają intensywne badania nad dodatkiem nonocząstek do membran polimerowych. W ostatnich latach prowadzone są prace badawcze związane z wytwarzaniem i zastosowaniem tlenku grafenu (graphene oxide GO). Celem pracy było opracowanie technologii wytwarzania membran polimerowych z dodatkiem nanostruktur węglowych reprezentowanych przez tlenek grafenu. Membrany preparowano z użyciem komercyjnego GO z firmy Sigma Aldrich. Warstwą podporową membrany była tkanina polipropylenowa lub poliesterowa. Matryca polimerowa była formowana z fluorku winylidenu jako polimeru (polyvinylidene fluoride PVDF) rozpuszczonego w rozpuszczalniku organicznym dimetyloacetamidzie (dimethyl acetamide DMA). Glikol polietylenowy (polyethylene glycol PGE) dodawano jako plastyfikator. Membrany preparowano metodą inwersji fazowej z dodatkiem lub bez GO. Warstwę aktywną z tlenkiem grafenu wytwarzano trzema sposobami: przez rozpylenie (spraying), dodając do objętości masy polimerowej matrycy i przez wylanie supercienkiej warstwy na matrycy (casting). Zawartość tlenku grafenu w membranie wynosiła około 10 μg/cm². Dla wytworzonych membran określano grubość, wielkość największych porów, wytrzymałość mechaniczną na rozciąganie i morfologię. Testy związane z transportem wody prowadzono na laboratoryjnym urządzeniu do ultrafiltracji - OSMONICS KOCH. Po badaniach hydrodynamiki obliczano: objętościowy strumień permeatu oraz opór membrany dla membran referencyjnych i z dodatkiem tlenku grafenu.

EN

Since 1990 until the present time there is intensive research on nanoparticles addition to membrane materials. In recent years, many research centres conducted research on production and application of graphene oxide. The aim of the paper was to develop production technology of polymeric membranes with addition of carbon nanostructures represented by graphene oxide. Membranes were prepared using graphene oxide (GO) purchased from Sigma Aldrich. The support membranes was polypropylene or polyester textile. The polymeric matrix was formed using polymer dissolved in an organic solvent, namely polyvinylidene fluoride (PVDF) in dimethyl acetamide (DMA). Polyethylene glycol (PGE) was added as plasticizer. The membranes were prepared by phase inversion with and without GO. The active layer with the GO was produced by three ways: spray method, addition to mass of basic polymer matrix and casting a super thin layer on the polymer matrix. GO content in the membrane was about 10 μg/cm². The membrane thickness, sizes of the largest pores, mechanical tensile strength, morphology and hydrodynamics of membranes were investigated. Research on water transport were performed on the ultrafiltration experimental setup - OSMONICS KOCH. After experiments the following parameters were calculated: volumetric permeate flux, membrane resistance for the reference membrane and with the addition of graphene oxide.

Słowa kluczowe

PL

tlenek grafenu; skład membran polimerowych; ultrafiltracja; hydrodynamika

EN

graphene oxide; polymer membrane composition; ultrafiltration; hydrodynamics

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 12, No. 1
• Strony: 265--273
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Tomczak E.

• Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, tel. [phone]

autor

Blus M.

• Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, tel. [phone]

autor

Tylman M.

• Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Dusastre V. The invisible revolution. Nature. 2008; 451:770-771. DOI: 10.1038/451770a.
• [2] Stix G. Małe jest wielkie. Świat Nauki. 2001;11:24.
• [3] Camacho LM, Dumée L, Zhang J, Li J, Duke M, Gomez J, et al. Advances in membrane distillation for water desalination and purification applications. Water. 2013;5:94-196; DOI: 10.3390/w5010094.
• [4] Yarlagadda S, Camacho LM, Gude VG, Wei Z, Shuguang Deng S. Membrane distillation for desalination and other separations. Recent Patents Chem Eng. 2009;2:128-158. DOI: 10.2174/1874478810902020128.
• [5] Muller NC, Burgen B, Kueter V, Luis P, Melin T, Pronk W, et al. Nanofiltration and nanostructured membranes - Should they be considered nanotechnology or not? J Hazard Mater. 2012;211-212:275-280. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2011.10.096.
• [6] Sadeghi M, Semsarzadeh MA, Moadel H. Enhancement of the gas separation properties of polybenzimidazole (PBI) membrane by incorporation of silica nano particles. J Membr Sci. 2009;331:21-30. DOI: 10.1016/j.memsci.2008.12.073.
• [7] Hong J, He Y. Effects of nano sized zinc oxide on the performance of PVDF microfiltration membranes. Desalination. 2012;302:71-79. DOI: 10.1016/j.desal.2012.07.001.
• [8] Blus M, Tomczak E, Tylman M. Wpływ dodatku nanorurek węglowych na hydrodynamikę membran polimerowych. Proc ECOpole. 2015;9(2):541-549. DOI: 10.2429/proc.2015.9(2)063.
• [9] Sun P, Zhu M, Wang K, Zhong M, Wei J, Wu D, et al. Selective ion penetration of graphene oxide membranes. Nano. 2013;22:428-37. DOI: 10.1021/nn304471w.
• [10] Wei N, Peng X, Xu Z. Understanding water permeation in graphene oxide membranes. ACS Appl Mater Interfaces. 2014;6:5877-5883. DOI: 10.1021/am500777b.
• [11] Putz KW, Compton OC, Palmeri MJ, Nguyen ST, Brinson LC. High nanofiller content graphene oxidepolymer nanocomposites via vacuum assisted self assembly. Adv Funct Mater. 2010;20(19):3322-3329. DOI: 10.1002/adfm.201000723.
• [12] Chua CK, Pumera M. Chemical reduction of graphene oxide: a synthetic chemistry viewpoint. Chem Soc Rev. 2014;43(1):291-312. DOI: 10.1039/c3cs60303b.
• [13] Han Y, Jiang Y, Gao Ch. High-flux graphene oxide nanofiltration membrane intercalated by carbon nanotubes. ACS Appl Mater Interfaces. 2015;7(15):8147-8155. DOI: 10.1021/acsami.5b00986.
• [14] Hummers WS, Offeman RE. Preparation of graphitic oxide. J Amer Chem Soc. 1958;80(6):1339. DOI: 10.1021/ja01539a017.
• [15] Joshi RK, Carbone P, Wang FC, Krevets VG, Su Y, Grigorieva IV, et al. Precise and ultrafast molecular sieving trough graphene oxide membranes. Science. 2014;343:752-754. DOI: 10.1126/science.1245711.
• [16] Nicolai A, Sumpterb BG, Meuniera V. Tunable water desalination across graphene oxide framework. J Phys Chem. 2014;16:8646. DOI: 10.1039/c4cp01051e.
• [17] Xia S, Ni M. Preparation of poly(vinylidene fluoride) membranes with graphene oxide addition for natural organic matter removal. J Membr Sci. 2015;473:54-62. DOI: 10.1016/j.memsci.2014.09.018.
• [18] Saljoughi E, Sadrzadeh M, Mohammadi T. Effect of preparation variables on morphology and pure water permeation flux through asymmetric cellulose acetate membranes. J Membr Sci. 2009;326:627-634. DOI: 10.1016/j.memsci.2008.10.044.
• [19] Kujawski W, Adamczak P, Narębska A. A fully automated system for the determination of pore size distribution in microfiltration and ultrafiltration membranes. Sep Sci Technol. 1989;24:495-506. DOI: 10.1080/01496398908049787.
• [20] Tylkowski B, Tsibranska I. Overview of main techniques used for membrane characterization. J Chem Technol. 2015;50(1):3-12. http://dl.uctm.edu/journal/node/j2015-1/1_Iren_Membrans_p_3-12.pdf.
• [21] Standard test method for pore size characteristics of membrane filters by bubble point and mean flow pore test. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2011, 3. https://shop.bsigroup.com/ProductDetail/ pid=000000000030249353.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).