In this study, a hydrophobic polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane was modified by coating neutral hydrophilic poly(vinyl alcohol). The flux of pure water was measured and then fouling test was conducted with bovin serum albumin (BSA) as model protein foulant. As a result, the experiments showed that pure water flux was decreased but anti-fouling property was significantly enhanced. Pure water flux with increasing molecular weights of the polymer was decreased and fouling resistance was enhanced. Also, Pure water flux with increasing solution concentration was decreased and fouling resistance was enhanced. It is probably due to the increase in hydrophilicity and decrease in roughness of the membrane surface, as revealed by contact angle and AFM analysis.
Han, Seung San;Kim, Yong Seok;Won, Jong Chan;Lee, Jae Heung;Choi, Kil-Yeong
Journal of Adhesion and Interface
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v.5
no.1
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pp.29-35
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2004
We have prepared polyster/nanQhybridized polyimide films in the range of 1~9 wt% of organophilic synthetic layered silicate (STN). Firstly, poly(amic acid)/STN nanocomposite solutions were prepared via solution blending method in DMAc or THF/MeOH solution, and then cast on the polyester film followed by imidization reaction, thermal and chemical method repestively. XRD and TEM experiment showed that the STN was fully exfoliated through the polyimide matrix. Surface morphologies of nanohybridized polyimide films were characterized by AFM and thermal, mechanical properties were also confirmed by TGA, DMA and UTM each. And also, the water vapor permeabilities highly depended on the content of STN. The sample from chemical imidization route and THF/MeOH solvent system showed better water vapor barrier properties than thermal one and DMAc system.
Membrane fouling is one of the major operational concerns of membrane processes which results in loss of productivity. This paper investigates the ultrafiltration (UF) results of synthetic oil-in-water (o/w) emulsion using flat sheets of polysulfone (PSf) membrane synthesized with four different compositions. The aim is to identify the mechanisms responsible for the observed permeate flux reduction with time for different PSf membranes. The experiments were carried out at four transmembrane pressures i.e., 68.9 kPa, 103.4 kPa, 137.9 kPa and 172.4 kPa. Three initial oil concentrations i.e., 75 $mgL^{-1}$, 100 $mgL^{-1}$ and 200 $mgL^{-1}$ were considered. The resistance-in-series (RIS) model was applied to interpret the data and on that basis, the individual resistances were evaluated. The significances of these resistances were studied in relation to parameters, namely, transmembrane pressure and initial oil concentration. The total resistance to permeate flow is found to increase with increase in both transmembrane pressure and initial oil concentration while for higher oil concentration, resistance due to concentration polarization is found to be the prevailing resistance. The applicability of the constant pressure filtration models to the experimental data was also tested to explain the blocking process. The study shows that intermediate pore blocking is the dominant mechanism at the initial period of UF while in the later period, the fouling process is found to approach cake filtration like mechanism. However, the duration of pore blocking mechanism is different for different membranes depending on their morphological and permeation properties.
Shadia R. Tewfik;Mohamed H. Sorour;Hayam F. Shaalan;Heba A. Hani;Abdelghani G. Abulnour;Marwa M. El Sayed;Yomna O. Mostafa;Mahmoud A. Eltoukhy
Membrane and Water Treatment
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v.14
no.2
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pp.85-93
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2023
Membrane separation is widely used for several applications such as water treatment, membrane reactors and climate change. Cross-linked organic-inorganic hybrid polyvinylidene fluoride (PVDF) / Tetraethyl orthosilicate (TEOS) was adopted for the preparation of optimized hollow membrane (HFM) for membrane distillation or other low pressure separators for mechanical properties and permeability under varying pretreatment schemes. HFMs were prepared on semi-pilot membrane fabrication system. Novel adopted post-treatment schemes involved soaking in glycerol, magnesium sulphate (MgSO4), sodium hypochlorite (NaOCl), and isopropanol for different durations. All fibers were characterized for morphology using a scanning electron microscope (SEM), surface roughness using atomic force microscope (AFM), elemental composition by examining Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), water contact angle (CA°) and porosity. The performance of the fibers was evaluated for pure water permeation flux (PWF). Post-treatment with MgSO4 gave the highest both tensile modulus and flux. Assessment of properties and performance revealed comparable results with other organic-inorganic separators, HF or flat. In spite of few reported data on post treatment using MgSO4 in presence of TEOS, this proves the potential of low cost treatment without negative impact on other membrane properties. The flux is also comparable with hypochlorite which manifests substantial precaution requirements in actual industrial use.The relatively high values of flux/bar for sample treated with TEOS, post treated with MgSO4 and hypochlorite are 88 and 82 LMH/bar respectively.
The effect of layered double hydroxides (LDH) on the gas separation properties of ethylene vinyl acetate copolymer was investigated. Mg-Al LDH/EVA nanocomposite membranes were prepared from solution intercalation using organically modified LDH (DS-LDH). Dodecyl sulfate (DS)-LDH was obtained by the intercalation of DS anion in the interlayer. The nanocomposite structure has been elucidated by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM). XRD pattern clearly shows that the DS-LDH layers are disorderly well dispersed in the EVA matrix. The maximum tensile strength and elongation of the LDH/EVA nanocomposite membrane were found with the LDH content 3 wt%. The thermal properties of nanocompostie membrane were enhanced by the incorporation of LDH in EVA matrix. Gas permeation of LDH/EVA nanocomposite membranes with LDH contents of 1, 3, 5 wt% was studied for $O_2$ and $CO_2$ single gases. The presence of 3 wt% LDH decreased $O_2$ permeability by up to 53% compared to the EVA membrane. In spite of barrier property of nanocomposite membrane, however, the gas permeability for $CO_2$ was increased due to its strong affinity with the residual OH groups on the LDH.
This study was carried out to evaluate the performance of the separate membrane (HF; hollow fiber membrane with polysulfone) process applied with the external membrane types, internal pressure membrane types and external-internal types according to the variations of pressure and membrane pore size in the purification treatment process of the lake water. The maximum permeate flux was average values of 282 LMH and 234 LMH with the pore size of 0.3 and 0.05 ${\mu}m$ respectively in the external pressure membrane process, and 443 LMH and 522 LMH with the pore size of 0.3 and $0.05{\mu}m$ respectively in the internal pressure membrane process. In addition, the maximum permeate flux of the process that was applied with external and internal membrane pressure simultaneously showed the average values of 674 LMH with the pore size of $0.3{\mu}m$, and 648 LMH with the pore size of $0.05{\mu}m$. Therefore, maximum yield per unit area is supposed when the separate membrane that was applied with external and internal pressure simultaneously are used to treat the lake water.
Electro-electrodialysis of hydriodic acid with HI molality of ca. 9.5 $mol/kg-H_2O$ was examined in the presence of iodine using a commercial cation exchange membrane, CMB, as a separator. For the increase of the selectivity of proton permeation, the membrane was radiation-treated by accelerated electron radiation. The membrane properties (area resistance, ion exchange capacity, water content) of the radiation-treated membranes were measured. The area resistance in 2 $mol/dm^3$ KCl solution, ion exchange capacity and water content of the radiation-treated membranes at each dose rate dad almost the same value as that of the non-treated membrane (original of CMB membrane). Electro-electrodialysis of hydriodic acid with HI molality of ca. 9.5 $mol/kg-H_2O$ was examined at $75^{\circ}C$ with 9.6 $A/dm^2$. The radiation-treated cation exchange membrane by accelerated electron radiation had higher selectivity of the proton permeation by cross-linking structure of polymer than that of the non-treated membrane.
Muhammad Junaid, Ammar;Arepalli, Devipriyanka;Kim, Min-Zy;Ha, Seong Yong;Cho, Churl Hee
Membrane Journal
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v.32
no.2
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pp.163-171
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2022
Many studies on pervaporation (PV) for the separation of dilute alcohols as an alternative to conventional energy-intensive technique of distillation have been conducted earlier. The pervaporation transition behavior of ethanol-water mixtures through the PDMS/PSF membrane is important, in order to understand the mechanism of diffusion process. Therefore, in the present work, transient PV behavior for 50 wt% EtOH/H2O mixture at 50℃ was investigated by using 1194 cm2 PDMS/PSF hollow fiber membrane modules. The overall total flux and the separation factor of all the membrane modules increased initially and then gradually decreased with respect to PV time. The initial increase can be attributed to fact that membrane fibers were dry and it took time to dissolve into the membrane surface, but the subsequent decrease is due to the depletion of ethanol concentration in the feed. Therefore, it was confirmed that the ethanol permeation through a PDMS membrane is governed by the solution-diffusion mechanism.
Joongwon, Park;Rina, Kim;Hyunju, Lee;Min-seuk, Kim;Hiesang, Sohn
Membrane Journal
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v.32
no.6
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pp.486-495
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2022
This study presents the improved recovery efficiency of rare metal ions through the modified separation membrane wettability and hydrogen ion permeation in the anion exchange membrane (AEM) under the recovery process of combined electrodialysis and solvent extraction. Specifically, the wettability of the separator was enhanced by hydrophilic modification on one separator surface through polydopamine (PDA) and lipophilic modification on the other surface through SiO2 or graphene oxide (GO). In addition, the modified surface of AEM with polyethyleneimine (PEI), PDA, poly(vinylidene fluoride) (PVDF), etc. reduces the water uptake and modify the pore structure for proton ions generation. The suppressed transport resulted in the reduced hydrogen ion permeation. In the characterization, the surface morphology, chemical properties and composition of membrane or AEM were analyzed with Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform-Infrared Spectroscopy (FT-IR). Based on the analyses, improved extraction and stripping and hydrogen ion transport inhibition were demonstrated for the copper ion recovery system.
In this study, pervaporation performances of water/methanol and water/butanol mixture were evaluated using zeolite 4A membranes manufacutred by FINETECH by experimental works and numerical modeling. Permeation and separation characteristics, such as flux and separation factor, were analyzed by gas chromatography (TCD) and liquid nitrogen traps. Experiments have shown that water is selectively separated from a mixture of water and methanol (separation factor up to approximately 250) and water and butanol (separation factor up to approximately 1,500). Generalized Maxwell Stefan (GMS) theory was implemented to predict pervaporation behaviors of water/alcohol mixtures and diffusional coefficients of zeolite layer were obtained through parameter estimation using $MATLAB^{(R)}$ optimization toolbox. Since the pore size of zeolite 4A are much larger than kinetic diameter of water molecules and smaller than those of methanol and butanol, zeolite 4A membranes can be applied to in situ water removal process such as membrane reactors or hybrid reaction-dehydration process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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