سنتز غشای نانوفیلتراسیون Zr/TiO2 به روش سل-ژل برای فیلتراسیون پساب و نمک‌زدایی

Abstract

در این کار غشای نانوفیلتراسیون (NF) تیتانیای دوپ شده با زیرکونیم خالص با برش مولکولی (MWCO) حدود Da 1000 بوسیله روش سل-ژل کلوئیدی تولید شدند. به منظور حذف کامل مواد آلی فرآیند عملیات حرارتی تحت اتمسفر هوا انجام شد و غشای ZrO₂-TiO₂ تولید گردید. سپس این غشاء در دمای ^oC 200 و در اتمسفر هیدروژن به مدت 3 ساعت کاهیده شده و غشای Zr-TiO₂ تولید گردید. الگوهای XRD و تصاویر TEM نشان دادند که دوپ کردن زیرکونیم رشد دانه‌ای تیتانیا و استحاله فازی آناتاز به روتایل را محدود و به تعویق می‌اندازد که به علت حضور/جانشینی یون Zr⁴⁺ در شبکه تیتانیا است. نتایج آنالیز جذب-واجذب نیتروژن BET-BJH نشان داد که غشای تولیدی ZrO₂-TiO₂ با غلظت زیرکونیم dwb% 30 و دمای عملیات حرارتی ^oC 500 دارای اندازه تخلخل nm 2/1 هستند. بعد از کاهش توسط اتمسفر هیدروژن، اثر ممانعتی دوپ کردن زیرکونیم بر روی استحاله فازی تضعیف شده و غشاهای Zr-TiO₂ با ساختار بازتر و اندازه تخلخل بزرگتر nm 4/2 تولید شدند که نشان می‌دهد که اثر ممانعتی دوپ کردن زیرکونیم بر روی رشد بلوری و استحاله فازی آناتاز به روتایل برای ZrO₂، Zr^o و Zr⁴⁺ (سه حالت شیمیایی از عنصر زیرکونیم) به ترتیب بهبود یافته است. در نهایت غشاهای نانوفیلتراسیون Zr-TiO₂ با میزان نفوذپذیری آب برابر L/(m² h bar) 10 تولید شدند. همچنین این غشاها دارای دفع یونی بالایی برای یون‌های دو ظرفیتی (برای Mg²⁺ برابر 79%) و دفع یونی نسبتا پایین‌تری برای یون‌های تک ظرفیتی (مانند Li⁺ حدود 42% و Na⁺ کمتر از 30 درصد) هستند.