ساخت و بررسي غشاهاي ماتريس تركيبي پلي‌سولفون-مونت‌موريلونيت اصلاح شده با اسيد‌ آمينه براي حذف آرسنيك از آب

A PSf/Amino Acid-Modified Montmorillonite Mixed Matrix Membrane for Arsenic Removal from Water: Preparation and Evaluation of Its Properties

در اين پژوهش، غشاهاي ماتريس تركيبي پلي‌سولفون (PSf) با پخش مونت‌موريلونيت طبيعي (Mt) و اصلاح‌شده با اسيد‌ آمينه (M-AA) براي حذف آرسنيك از آب ساخته شد. آزمون‌هاي ميكروسكوپ الكتروني پويشي، پراش پرتو X، ميكروسكوپ نيروي اتمي، تعيين زاويه تماس، گذر‌دهي آب خالص و استحكام مكانيكي براي مقايسه غشاهاي خالص و ماتريس تركيبي پلي‌سولفوني انجام شد. آزمون‌هاي طيف‌سنجي زيرقرمز و پراش پرتو X، اصلاح موفق مونت‌موريلونيت با اسيد ‌آمينه و پروتون‌داربودن گروه عاملي آميني را نشان داد. پتانسيل زتاي مونت‌موريلونيت پس از اصلاح با اسيد‌ آمينه از منفي به مثبت تغيير يافت. بيشترين بهبود در گذر‌دهي آب خالص، تخلخل و خواص آب‌دوستي در غشاي ماتريس تركيبي PSf/Mt به دليل خواص آب‌دوست مونت‌موريلونيت به‌دست آمد. هر چند، مونت‌موريلونيت اصلاح‌شده برهم‌كنش بهتري با پلي‌سولفون داشت و مقاومت مكانيكي را بيشتر افزايش داد. افزون بر اين آزمون‌هاي جذب مشخص كرد، بازده حذف غشاي ماتريس تركيبي PSf/M-AA به‌علت بار مثبت سطح مونت‌موريلونيت اصلاح‌شده بهتراست. نتايج به‌دست آمده نشان داد، مقدار گذر‌دهي آب خالص، آب‌دوستي، زبري، استحكام مكانيكي و ظرفيت جذب آرسنيك غشاهاي PSf/M-AA با افزايش مقدار M-AA از 0 تا %1.5 وزني بيشتر مي‌شود. پلي‌سولفون خالص ظرفيت جذب ناچيزي نشان داد، در حالي كه ظرفيت جذب براي غشاهاي ماتريس تركيبي حاوي %1.5 وزني Mt و M-AA به ترتيب تا 1.4 و 16mg/g به‌دست آمد. در نهايت، قابليت استفاده مجدد غشاي ماتريس تركيبي PSf/M-AA با %1.5 وزني در پنج مرحله آزمون‌هاي جذب و كاهش در سامانه فيلتركردن انتهابسته بررسي شد. نتايج به‌دست آمده قابليت استفاده غشاي ساخته شده را براي چند مرحله متداول تأييد كرد.

olysulfone (PSf) mixed matrix membranes were prepared by embedding pristine montmorillonite (Mt) together with amino acid (M-AA)-modified Mt in order to remove arsenic from water. The qualitative and quantitative comparisons were made between mixed matrix membranes and pure PSf membrane by FE-SEM, XRD, contact angle, AFM, pure water flux (PWF) and mechanical strength tests. The XRD and FTIR results showed that Mt was successfully modified with amino acid, and the amino functional groups were protonated. After modification with amino acid, the Zeta potential of Mt changed from negative to positive. Maximum improvement in PWF, porosity and hydrophilicity was obtained for PSf/Mt mixed matrix membrane due to hydrophilic properties of Mt. However, the modified Mt showed good interaction with PSf and increased the mechanical strength of mixed matrix membranes. Furthermore, the adsorption experiments showed the PSf/M-AA membranes with better arsenic removal efficiency because of positive surface charge of M-AA. The obtained results showed that by increasing M-AA content from 0 to 1.5 wt%, pure water flux, surface hydrophilicity, roughness, mechanical strength and arsenic adsorption capacity of the membranes increased. The neat PSf membrane showed a very low adsorption capacity for As (V), however the adsorption capacities of 1.4 and 16 mg/g were obtained for the mixed matrix membranes each containing 1.5 wt% of Mt and M-AA. Finally, membrane re-usability of the 1.5 wt% M-AA embedded PSf membrane was assessed by conducting five cycles of adsorption experiments and membrane regeneration in a dead-end filtration system. The obtained results confirmed the applicability of the prepared membrane for multiple cycles.