مروری بر روش های سنتز غشاهای اسمز معکوس

فصلنامه آب و توسعه پایدار

مقاله 13، دوره 9، شماره 2 - شماره پیاپی 24، شهریور 1401، صفحه 115-126   

نوع مقاله: مروری

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jwsd.v9i2.2203.1127

نویسندگان

مرتضی فقیهی^* ؛ علی اکبر اصغری نژاد؛ محسن اسماعیل پور

استادیار، گروه شیمی و فرآیند، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

چکیده

بحث مصرف آب در دنیا از دهه‌های اخیر به‌‏عنوان یک مسأله حیاتی مطرح شده است. تکنولوژی غشایی از جمله روش‏‌های بهینه جهت جایگزینی با روش‌‏های حرارتی برای تولید آب شیرین است. در بین روش‌های شیرین‌‏‏سازی و تولید آب، روش غشایی اسمز معکوس که در دهه‌‏های اخیر ابداع شده به سرعت در صنایع جای خود را باز کرده است. امروزه در حدود نیمی از ظرفیت تولید آب شیرین دنیا از تکنولوژی غشایی اسمز معکوس تأمین می‏‌شود. قلب فرآیند اسمز معکوس، غشاء مورد استفاده در آن است که بیشتر از جنس مواد پلیمری می‏‌باشد. ساخت این غشاء‏های پلیمری و بهینه کردن فرمولاسیون و خواص آنها در سال‏‌های اخیر مورد توجه محققان واقع شده و نتایج آنها در برخی شرکت‏‌های بزرگ نیز تجاری‏‌سازی شده است. باتوجه‌‏به اهمیت این موضوع در صنایع مختلف از جمله صنایع نیروگاهی، در این مقاله، مروری بر روش‌‏های سنتز غشاء اسمز معکوس انجام گرفته است. همچنین روش بهینه سنتز که روش پلیمریزاسیون بین سطحی است معرفی شده و نکاتی در این خصوص ارائه شده است. روش‌‏های قدیمی شامل ریخته‏‌گری با سلولز استات در ابتدا توسط محققان مورد استفاده قرار گرفت. اما باتوجه‌‏به چالش‌‏های این روش‌‏های قدیمی، محققان روش پلیمریزاسیون بین سطحی را با ساخت کامپوزیت فیلم نازک با ماده پلی‌آمید به‏‌عنوان جزء اصلی غشا اسمز معکوس ابداع نمودند.

کلیدواژه‌ها

اسمز معکوس؛ غشاء؛ پلی آمید؛ پلیمریزاسیون بین سطحی

مراجع

Abdelrasoul A., Duan H. and Lohi A. 2017. Development of Conventional RO Membranes. Biomimetic and Bioinspired Membranes for New Frontiers in Sustainable Water Treatment Technology. Chapter 5. IntechOpen. London.
Ahmad A.L. and Ooi B.S. 2005. Properties–performance of thin film composites membrane: study on trimesoyl chloride content and polymerization time. Journal of Membrane Science, 255: 67–77.
Ali F.A.A., Alam J., Shukla A.K., Alhoshan M., Abdo B.M.A. and Al-Masry W.A. 2020. A novel approach to optimize the fabrication conditions of thin film composite RO membranes using multi-objective genetic algorithm II. Polymers, 12: 494.
Cadotte J.E., Petersen R.J., Larson R.E. and Erickson E.E. 1980. New thin-film composite seawater reverse-osmosis membrane. Desalination, 32: 25–31.
Diaz J.J.F., Mendez M.C.L., Miranda J.P.R., Herazo L.C.S. and Mahecha F.C. 2021. Commercial Thermal Technologies for Desalination of Water from Renewable Energies: A State of the Art Review. Processes, 9: 262-241.
Geise G.M., Lee H.S., Miller D.J., Freeman B.D., McGrath J.E. and Paul D.R. 2010. Water purification by membranes: the role of polymer science. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 48: 1685-1718.
Gohil J.M., Ray P. 2017. A review on semi-aromatic polyamide TFC membranes prepared by interfacial polymerization: Potential for water treatment and desalination. Separation and Purification Technology, 181: 159–182.
Jegal J., Min S.G. and Lee K.H. 2002. Factors affecting the interfacial polymerization of polyamide active layers for formation of polyamide composite membranes. Journal of Applied Polymer Science, 86: 2781–2787.
Kang G.D. and Cao Y.M. 2012. Development of antifouling reverse osmosis membranes for water treatment: A review. Water Research, 46: 584-600.
Kim S.H., Kwak S.Y., Sohn B.H. and Park T.H. 2003. Design of TiO2 nanoparticles selfassembled aromatic poylamide thin-film composite (TFC) membrane as an approach to solve biofouling problem. Journal of Membrane Science, 211: 157-165.
Kwak S.Y. and Ihm D.W. 1999. Use of atomic force microscopy and solid-state NMR spectroscopy to characterize structure-property-performance correlation in high-flux reverse osmosis (RO) membranes. Journal of Membrane Science, 158: 143–153.
Lalia B.S., Kochkodan V., Hashaikeh R. and Hilal N. 2013. A review on membrane fabrication: Structure, properties and performance relationship. Desalination, 326: 77–95.
Lau W.J., Ismail A.F., Misdan N. and Kassim M.A. 2012. A recent progress in thin film composite membrane: A review. Desalination, 287: 190–199.
Lee K.P., Arnot T.C. and Mattia D. 2011. A review of reverse osmosis membrane materials for desalination—Development to date and future potential. Journal of Membrane Science, 370:1–22.
Li C., Goswami Y., and Stefanakos E. 2013. Solar assisted sea water desalination: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 19: 136-163.
Li D. and Wang H. 2010. Recent developments in reverse osmosis desalination membranes. Journal of Materials Chemistry, 20:4551–4566.
Li X. and Elimelech M. 2021. Fabrication of desalination membranes by interfacial polymerization: history, current efforts, and future directions. Chemical Society Reviews, 50: 6290-6307.
Lim Y.J., Goh K., Kurihara M. and Wang R. 2021. Seawater desalination by reverse osmosis: Current development and future challenges in membrane fabrication – A review. Journal of Membrane Science, 629: 119292.
Madaeni S.S., Ghaemi N. and Rajabi H. 2015. Advances in polymeric membranes for water treatment. Advances in Membrane Technologies for Water Treatment, 1:3-41.
Mansourpanah Y., Madaeni S.S. and Rahimpour A. 2009. Fabrication and development of interfacial polymerized thin-film composite nanofiltration membrane using different surfactants in organic phase; study of morphology and performance. Journal of Membrane Science, 343:219–228.
Panagopoulos A. and Haralambous K.J. 2020. Environmental impacts of desalination and brine treatment – Challenges and mitigation measures. Marine Pollution Bulletin, 161: 111773.
Petersen R.J. 1993. Composite reverse osmosis and nanofiltration membranes, Journal of Membrane Science, 83: 81-150.
Rangarajan R., Desai N.V., Mody R.C., Mohan D. and Rao A.V. 1991. Development of fabric reinforced polysulfone membranes. Desalination, 85(1): 81-92.
Saha N.K. and Joshi S.V. 2009. Performance evaluation of thin film composite polyamide nanofiltration membrane with variation in monomer type. Journal of Membrane Science, 342: 60–69.
Shi Q., Meng Q., Xu R.S., Du X.L. and Zhang Y.F. 2013. Synthesis of hydrophilic polysulfone membranes having antifouling and boron adsorption properties via blending with an amphiphilic graft glycopolymer. Journal of Membrane Science, 444: 50–59.
Tarboush B.J.A, Rana D., Matsuura T., Arafat H.A. and Narbaitz R.M. 2008. Preparation of thin-film-composite polyamide membranes for desalination using novel hydrophilic surface modifying macromolecules. Journal of Membrane Science, 325: 166–175.
Theresa M., Pendergast M. and Hoek E.M.V. 2011. A review of water treatment membrane nanotechnologies. Energy & Environmental Science, 4: 1946.
Vyas B.B. and Ray P. 2015. Preparation of nanofiltration membranes and relating surface chemistry with potential and topography: application in separation and desalting of amino acids. Desalination, 362: 104–116.
Warsinger D.M., Chakraborty S., Tow E.W., Plumlee M.H., Bellona Ch., Loutatidou S., Karimi L., Mikelonis AM., Achilli A., Ghassemi A., Padhye L.P., Snyder Sh.A. Curcio S., Vecitis Ch., Arafat H.A. and Lienhard V . 2018. A review of polymeric membranes and processes for potable water reuse. Progress in Polymer Science, 81: 209–237.
Yang T., Wan C.F., Zhang J., Gudipati C. and Chung T.S. 2021. Optimization of interfacial polymerization to fabricate thin-film composite hollow fiber membranes in modules for brackish water reverse osmosis. Journal of Membrane Science, 626: 119187.
Yu S., Liu M., Liu X. and Gao C. 2009. Performance enhancement in interfacially synthesized thin-film composite polyamide-urethane reverse osmosis membrane for seawater desalination. Journal of Membrane Science, 342: 313–320. 
Zahid M., Rashid A., Akram S. and Rehan Z.A. 2018. A comprehensive review on polymeric nano-composite membranes for water treatment. Journal of Membrane Science & Technology, 8(1): 1000179.