Fe2+ removal from water using PVDF membranes, modified with magnetite nanoparticles, by polyelectrolyte enhanced ultrafiltration

• Autorzy: Konovalova V. , Kolesnyk I. , Ivanenko O. , Burban A.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2018.1.4

Warianty tytułu

PL

Usuwanie Fe2+ z wody za pomocą membran PVDF modyfikowanych nanocząstkami magnetytu, wspomagane ultrafiltracją z polielektrolitem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study was to show results of Fe²⁺ removal from water by polyelectrolyte enhanced ultrafiltration on polyvinylidene fluoride membranes modified with magnetite nanoparticles. Magnetite nanoparticles were synthesized by the co-precipitation method and stabilized with sodium polyacrylate. At first stage, the surface of PVDF membranes was modified by grafting of polyethylenimine. At the second stage the polyelectrolyte, grafted to the membrane surface, was used as a linker for magnetite nanoparticles immobilization. The modification of membranes was confirmed by IR spectroscopy, scanning electron microscopy and electro kinetic analysis. The dependence of zeta-potential on pH for PVDF membrane modified with PEI has confirmed the modification of the membrane surface as zeta-potential increases with pH decrease. SEM has shown that the surface of modified membrane is densely covered with nanoparticles, which form clusters. The dependence of the volumetric flux on the applied pressure at various concentrations of the carboxymethylcellulose (CMC) has been studied. Polyelectrolyte enhanced ultrafiltration with CMC has been used for iron(II) removal at initial Fe²⁺ concentration of 20 mg/L. The concentrations of iron(II) in permeate using an unmodified membrane has ranged from 0.6 to 1.0 mg/L, whereas for the modified membrane it has been 0.02÷0.08 mg/L.

PL

Celem pracy było przedstawienie wyników badań dotyczących usuwania Fe²⁺ z wody za pomocą ultrafiltracji wspomaganej polielektrolitem na membranach z fluorku poliwinylidenu modyfikowanych nanocząstkami magnetytu. Nanocząstki magnetytu zostały zsyntetyzowane z wykorzystaniem metody strąceniowej i ustabilizowane poliakrylanem sodu. W pierwszym etapie powierzchnia membran PVDF została poddana modyfikacji polietylenoiminą. W drugim etapie polielektrolit, umieszczony na powierzchni membrany, został wykorzystany do immobilizacji nanocząstek magnetytu. Modyfikacja membran została potwierdzona badaniami spektroskopowymi, elektronową mikroskopią skaningową i analizą elektrokinetyczną. Wpływ pH na potencjał zeta membrany PVDF potwierdził jej modyfikację membrany, gdy potencjał zeta wzrasta z obniżeniem się wartości pH. Elektronowa mikroskopia skanningowa wykazała, że powierzchnia modyfikowanej membrany jest gęsto pokryta nanocząstkami, które tworzą klastry. Badano również wpływ wartości stosowanego ciśnienia na objętościowy strumień permeatu dla różnych stężeń karboksymetylocelulozy (CMC). Ultrafiltracja wspomagana polielektrolitem z CMC została wykorzystana do usuwania żelaza(II) przy początkowym stężeniu Fe²⁺ wynoszącym 20 mg/l. Stężenie żelaza(II) w permeacie w przypadku membrany niepoddanej modyfikacji uległo zmianie z 0,6 do 1,0 mg/l, podczas gdy w przypadku modyfikowanej membrany stężenie to było w zakresie 0,02÷0,08 mg/l.

Słowa kluczowe

EN

polyvinylidene fluoride membrane; magnetite nanoparticles; polyelectrolyte-enhanced ultrafiltration; carboxymethylcellulose

PL

membrany z fluorku poliwinylidenu; nanocząstka magnetytu; ultrafiltracja z polielektrolitem; karboksymetyloceluloza

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 21, nr 1
• Strony: 39--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Konovalova V.

• National University of Kyiv-Mohyla Academy 2, Skovoroda str., Kyiv, Ukraine

autor

Kolesnyk I.

• National University of Kyiv-Mohyla Academy 2, Skovoroda str., Kyiv, Ukraine

autor

Ivanenko O.

• National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” 37, Peremogy av., Kyiv, Ukraine

autor

Burban A.

• National University of Kyiv-Mohyla Academy 2, Skovoroda str., Kyiv, Ukraine

Bibliografia

• [1] Fu F., Wang Q., Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review, J. Environ. Manage. 2011, 92, 407-418.
• [2] Chou Y-H., Choo K-H., Chen S-S., Yu J-H., Peng C-Y., Li C-W., Copper recovery via polyelectrolyte enhanced ultrafiltration followed by dithionite based chemical reduction: Effects of solution pH and polyelectrolyte type, Sep. Purif. Technol. 2017 (in press).
• [3] Li Ch., Cheng Ch., Choo K., Yen W., Polyelectrolyte enhanced ultrafiltration (PEUF) for the removal of Cd(II): Effects of organic ligands and solution pH, Chemosphere 2008, 72, 630-635.
• [4] Kim H., Baek K., Kim B., Yang J., Humic substance-enhanced ultrafiltration for removal of cobalt, J. Hazard. Mater. 2005, 122, 31-36.
• [5] Lam B., Déon S., Morin-Crini N., Crini G., Fievet P., Polymer-enhanced ultrafiltration for heavy metal removal: Influence of chitosan and carboxymethyl cellulose on filtration performances, J. Clean. Prod. 2018, 171, 927-933.
• [6] Baharuddin N.H., Sulaiman N.M.N., Aroua M.K., Removal of zinc and lead ions by polymerenhanced ultrafiltration using unmodified starch as novel binding polymer, International J. Environ. Sci. Technol. 2015, 12, 1825-1834.
• [7] Baharuddin N.H., Sulaiman N.M.N., Aroua M.K., ), Removal of heavy metal ions from mixed solutions via polymer-enhanced ultrafiltration using starch as a water-soluble biopolymer, Environ. Prog. Sustain. Energy 2015, 34, 359-367.
• [8] Kochkodan O.D., Kochkodan V.M., Sharma V.K., Removal of Cu(II) in water by polymer enhanced ultrafiltration: Influence of polymer nature and pH, J. Environ. Sci. Health, Part A 2017, 53, 33-38.
• [9] Sanli O., Asman G. Removal of Fe(III) ions from diluted aqueous solutions by alginic acidenhanced ultrafiltration, Appl. Polym. 2000, 77, 1096-1101.
• [10] Zhu X., Choo K.-H., Park J.-M. Nitrate removal from contaminated water using polyelectrolyteenhanced ultrafiltration, Desalination 2006, 193, 350-360.
• [11] Sun W., Liu J., Chu H., Dong B., Pretreatment and membrane hydrophilic modification to reduce membrane fouling, Membranes 2013, 3, 226-241.
• [12] Himstedt H.H., Yang Q., Dasi P., Qian X., Wickramasinghe S.R., Ulbricht M., Magnetically activated micromixers for separation membranes, Langmuir 2011, 27, 5574-5581.
• [13] Petcharoen K., Sirivat A., Synthesis and characterization of magnetite nanoparticles via the chemical co-precipitation method, Mater. Sci. Eng. B, 2012, 177, 421-427.
• [14] Vitola G., Mazzei R., Fontananova E., Giorno L., PVDF membrane biofunctionalization by chemical grafting, J. Membr. Sci. 2015, 476, 483-489.
• [15] Medrano C., Schlenker M., Baruchel J., Espeso J., Miyamoto Y., Domains in the low-temperature phase of magnetite from synchrotron-radiation x-ray topographs, Phys. Rev. B 1999, 59, 1185-1195.
• [16] Xiao L., Davenport D.M., Ormsbee L., Brattacharyya D., Polymerization and functionalization of membrane pores for water related applications, Ind. Eng. Chem. Res. 2015, 54, 4174-4182.
• [17] Guidelines for Drinking-water Quality, 4th ed., WHO, 2011.
• [18] Kumar M., Puri A., A review of permissible limits of drinking water, Indian J. Occup. Environ. Med. 2012, 16, 40-44.
• [19] Sundar S.T., Sain M.M., Oksman K., Characterization of microcrystalline cellulose and cellulose long fiber modified by iron salt, Carbohydr. Polym. 2010, 80, 35-43.

Uwagi

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