عنوان پایان‌نامه
سنتز غشا نانو کامپوزیتی آنتی باکتریال با رویکرد کاهش گرفتگی غشا
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1646.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70640
- تاریخ دفاع
- ۲۹ دی ۱۳۹۳
- دانشجو
- شیما جاودانه
- استاد راهنما
- محمدرضا مهرنیا
- چکیده
- هدف از این پژوهش سنتز غشای نانوکامپوزیتی آنتی باکتریال با هدف کاهش گرفتگی میباشد. بدین منظور نانوذرات آنتی باکتریال اکسیدروی با اندازه تقریبی 20 نانومتر به دو روش مختلف در ساختار غشای پلیمری پلیسولفون به کار برده شد و پس از بررسی مشخصات، عملکرد آن در کاهش گرفتگی غشا بررسی شد. روشهای سنتز غشا نانوکامپوزیتی در این پژوهش عبارتند از: روش ترکیبی توسط ترکیب نانوذرات با محلول پلیمری و به دام انداختن آنها در بستر پلیمری، و روش لایه نشانی به طریق پلیمریزاسیون بین سطحی توسط دو محلول آلی و آبی و حضور نانوذرات در محلول آبی. در روش ترکیبی از دو نوع افزودنی پلیاتیلنگلایکول و پلیونیلپیرولیدون به عنوان حفره ساز استفاده شده است، در نهایت سه دسته مختلف غشا شامل غشاهای ترکیبی حاوی PEG به عنوان حفره ساز، غشاهای ترکیبی حاوی PVP به عنوان حفره ساز و غشاهای لایه نشانی شده به ترتیب به عنوان غشاهای گروه اول، گروه دوم و گروه سوم تهیه شدند. بر این اساس پس از ساخت غشاهای مورد نظر به بررسی ساختار و خواص سطح توسط آزمونهای SEM ، AFM ، FTIR ، Zeta potential ، زاویه تماس و تخلخل پرداخته شد. همچنین آزمون آنتی باکتریال توسط روش پخششدگی در دیسک، انجام شد. در ادامه عملکرد فیلتراسیون و بررسی مقاومتهای موجود در غشاها در فیلتراسیون محلولهای اصلی مسبب گرفتگی شامل سدیم آلژینات، بووین سرم آلبومین و هیومیک اسید به ترتیب به عنوان نماینده پلیساکاریدها، پروتئینها و ترکیبات آلی طبیعی پرداخته شد. در نهایت عملکرد فیلتراسیون در سیستم بیوراکتورغشایی مورد بررسی قرار گرفت. افزایش غلظت نانوذرات در هر دو روش ترکیبی و لایه نشانی سبب افزایش زبری سطح و آبدوستی آن شده است و خواص سطحی و ساختاری غشا را تحت تاثیر قرار داده است، تا جایی که افزودن نانوذره به میزان 5 / 0 درصد وزنی در غشاهای دسته اول سبب افزایش تخلخل و بیش از آن منجر به کاهش تخلخل و ایجاد ساختاری متراکم میشود. این درصد بهینه برای غشاهای دسته دوم مقدار 3 / 0 درصد وزنی و برای غشاهای لایه نشانی شده 5 / 2 درصد وزنی میباشد. و نتایج نشان داد غشاهای ساخته شده به روش ترکیبی در مقایسه با غشاهای لایه نشانی شده دارای شار بالاتری میباشد. همچنین غشاهای لایه نشانی شده زبری سطح بیشتری دارند. مشاهده شد که در غشاهای ترکیبی میزان شار تا % 50 و احتباس پروتئین تا % 70 افزایش داشته است. نتایج عملکرد فیلتراسیون در سیستم بیوراکتور غشایی کاهش مقاومت فیلتراسیون تا % 50 و حذف COD تا 69 / 1 برابر نشان داد. غشاهای ترکیبی ساخته شده به سبب حضور نانوذره اکسیدروی و خواص سطحی و بار سطحی ایجاد شده، روی عملکرد فیلتراسیون پروتئین - که خود حساس به pH میباشد تاثیرگذار بوده است، بنابراین فیلتراسیون پروتئین در چهار اسیدیته مختلف بررسی شد. نتایج نشان داد که غشاهای دسته اول در فیلتراسیون پروتئین، کاهش مقاومت فیلتراسیون % 99 را در pH حدود 7 داشته است. نتایج آزمون آنتیباکتریال خاصیت ضد باکتریایی غشاهای ساخته شده را به اثبات رساند و نشان داد هرچه میزان نانوذره بیشتر باشد خاصیت آنتیباکتریالی بیشتر میباشد، همچنین این خاصیت برای غشاهای ترکیبی نسبت به غشاهای لایه نشانی شده بیشتر است.
- Abstract
- The aim of this study is synthesis of nanocomposite membrane with fouling mitigation approach. For this purpose Zinc oxide nanoparticles with 20 nano meters in size were selected and utilized by two methods in the structure of polysulfone membrane and functionality of these membranes were tested in fouling mitigation after characterization investigation. Methods of membrane synthesis in this study are blending of nanoparticles in casting solution and trapping them in polymeric matrix, and deposition of nanoparticles by interfacial polymerization method. In interfacial polymerization aquatic and organic solution were used and nanoparticles were dispersed in aquatic solution. In the blending procedure polyethylene glycol and polyvinyl pyrrolidne as poreformers were utilized. At the end, three categories of membranes containing blending membranes with PEG as pore former agent, blending membranes with PVP as pore former agent and interfacial polymerization membranes were prepared. In order to investigate the structure and surface property of membranes, SEM, AFM, FTIR, Zeta potentioal, contact angle and porosity of synthesis membranes were analysed. In addition antibacterial test by disc diffusion method were done. Afterwards, filtration operation and existing resistance of membranes in filtration of basic foulant solutions like; Sodium alginate, Bovine serium albumin and Humic acid, representative of polysaccharides, proteins and natural organic matters respectively were examined. Finally, filtration operation of membranes in membrane bioreactor system was tested. Analysis showed that by increasing the concentration of nanoparticles in membrane structure by blending and interfacial polymerization methods, surface roughness and hyrophilicity of membranes were enhanced. Also surface property and membrane structure were affected, as far as, addition of nanoparticles up to the 0.5 wt% in PEG type membranes cause increment in porosity. By adding more than 0.5wt% nanoparticles porosity decrement and dense structure was obsereved, which 0.5wt% nanoparticle is optimum concentration of nanoparticles for PEG type membranes. For PVP type membranes and interfacial polymerization membranes, 0.3 wt% and 2.5 wt% of ZnO nanoparticles were optimum concentration respectively. The results showed that, blending membranes in contrast with deposited ones have higher pure water flux. Also deposited membranes have more surface roughness than blending ones. In blending membranes 50% and 70% enhancement in pure water flux and protein rejection were observed. Results of filtration operation in membrane bioreactor system showed 50% reduction in filtration resistance and COD removal up to 1.69 times. In blending membranes because of presence of nanoparticles, surface property and surface charges affected protein filtration, which is sensitive to pH. So protein filtration was carried out in four different pH. Results showed 99% filtration resistance reduction for PEG type membranes in protein filtration in pH=7. Outcomes of antibacterial assay proved the antibacterial property of synthesis membranes. Also results showed that the more the amount of nanoparticles is present, the stronger the antibacterial property is. Observations showed that antibacterial property for blending membranes is more than deposited ones.
