Date of Award
4-2023
Document Type
Thesis
Degree Name
Master of Science in Chemistry
Department
Chemistry
First Advisor
Yaser E. Greish
Abstract
Oil spills can have catastrophic impacts on both the environment and human society, an enormous oil spill known as the Deepwater Horizon Disaster happened in the Gulf of Mexico in April 2010 caused by an explosion of oil rig which started the catastrophe. It is achievable to reduce oil spills by developing and advancing technologies including gravity settling, centrifugation, gas flotation, coagulation, electrochemical, adsorption, and membrane filtration. There are many materials that can be used to form membranes, and each one has unique properties and advantages. The current study used the 3D printing porous membrane which is manufactured with an additive manufacturing technique. Two types of polymers have been investigated which is bioinert (Acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer); ABS) and (Nylon/PA6 with Micro-Carbon Fibre); ONYX. Also, metal membranes have been investigated, such as stainless steel (SS) mesh membrane which is constructed from layers of tiny stainless-steel wires woven into a mesh pattern. Both membrane types were chemically modified and functionalized and have been characterized for their structure, purity, and morphology. Two types of metal oxide particulates were used as a source of hydrophilic domains: ZnO and Al2O3, while the PTFE (Teflon) polymer was used as a source of hydrophobic domains. The creation of chemically modified membranes for potential oil and water separation was done using two different methods. The first method used is in situ hydrothermal synthesis in 3D-printed ONYX membranes and on SS mesh. Both acid- and base-etching pre-treatment were carried out to facilitate the nucleation and growth of ZnO onto the pre-treated membranes. Based on the optimized conditions used for the SS mesh, the extent formation of ZnO on a 3D-printed membrane was investigated. ONYX is polyester and has a polymeric character, base etching works as hydrolysis because it produces -COOH and -OH groups on the surfaces of the 3D-printed membrane which contribute to the nucleation and the growth of ZnO. Also, the elongated acid or base etching pre-treatment durations are recommended for an extensive formation of ZnO onto SS mesh. Another approach used to create the functionalization of three different types of membranes SS mesh, ONYX, and ABS 3D is dip coating. A PMMA dipping solution with different degrees of hydrophobicity were prepared. An agglomeration of the PTFE particulates resides in the pores of the SS mesh. In the coating of the ONYX and ABS membranes, the PTFE smaller particles were distributed uniformly. Introducing Al2O3 in the dipping solution, showed the consistency observed in the dip-coated SS mesh and ONYX membranes, while the dip-coated ABS showed complete coverage of the ABS surfaces.
Arabic Abstract
تصنيع هياكل مسامية ثلاثية الأبعاد معالجة كيميائيا للتطبيقات الطبيّة الحيويّة
يمكن أن يكون للانسكابات النفطية آثار كارثية على كل من البيئة والمجتمع البشري، حدث تسرب نفطي هائل يعرف باسم ديب ووتر هورايزون كارثة في خليج المكسيك في أبريل 2010 بسبب انفجار منصة النفط التي بدأت الكارثة. هناك عدة طرق لتحقق من الحد من الانسكابات النفطية من خلال تطوير التقنيات المتقدمة بما في ذلك الترسيب باستخدا م الجاذبية، الطرد المركزي، تعويم الغاز، المجال الكهربائي ، التخثر، الكهروكيميائية، الامتصاص، والترشيح الغشائي. ومن ناحية أخرى هناك العديد من المواد التي يمكن استخدامها لتشكيل الأغشية، ولكل منها خصائص ومزايا فريدة. استخدمت الدراسة الحالية الغشاء المسامي بالطباعة ثلاثية الأبعاد المصنوع بتقنية تصنيع مضافة. تم دراسة نوعين من البوليمرات وهما bioinert (أكريلونيتريل – بوتادين - ستايرين تيربوليمر) ؛ ABS) و (نايلون/ PA6 ) /بألياف كربونية دقيقة)؛ أونيكس. أيضًا، تم فحص الأغشية المعدنية، مثل غشاء شبكي من الفولاذ المقاوم للصدأ (SS) الذي تم بناؤه من طبقات من أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ الصغيرة المنسوجة في نمط شبكي. تم تعديل كلا نوعي الأغشية كيميائيًا حيث تم تمييزها من حيث تركيبها ونقاوتها وتشكلها. تم استخدام نوعين من جسيمات أكسيد الفلز كمصدر للمجالات المحبة للماء: ZnO وAl2O3، بينما تم استخدام بوليمر PTFE (Teflon) كمصدر للمجالات الكارهة للماء. تم إنشاء أغشية معدلة كيميائيًا لفصل الزيت والماء المحتمل باستخدام طريقتين مختلفتين. الطريقة الأولى المستخدمة هي التوليف الحراري المائي في الموقع في أغشية ONYX المطبوعة ثلاثية الأبعاد وعلى شبكة SS. تم إجراء كل من المعالجة المسبقة بالحمض والقاعدة لتسهيل تنوي ونمو ZnO على الأغشية المعالجة مسبقًا. بناءً على الظروف المُحسَّنة المستخدمة لشبكة SS، تم فحص مدى تكوين ZnO على غشاء مطبوع ثلاثي الأبعاد. ONYX عبارة عن بوليستر وله طابع بوليمري، يعمل الحفر الأساسي كتحلل مائي لأنه ينتج مجموعات COOH- وOH- على أسطح الغشاء المطبوع ثلاثي الأبعاد والتي تساهم في تنوي ونمو ZnO. أيضًا، يوصى بفترات المعالجة المسبقة للحمض المطول أو الحفر الأساسي لتشكيل واسع النطاق من ZnO على شبكة SS. طريقة أخرى مستخدمة لإنشاء ثلاثة أنواع مختلفة من الأغشية SS mesh و ONYXو ABS 3Dهي طلاء الغمس. تم تحضير محلول غمس PMMA بدرجات مختلفة من الكارهة للماء. حيث تكتل جسيمات PTFE في مسام شبكة SS. في طلاء أغشية ONYX وABS، تم توزيع جزيئات PTFE الأصغر بشكل موحد. أظهر إدخال Al2O3 في محلول الغمس الاتساق الملحوظ في شبكة SS المطلية بالغمس وأغشية ONYX، بينما أظهر ABS المغلف بالغمس تغطية كاملة لأسطح ABS.
Recommended Citation
Al Nuaimi, Latifa Rashed, "A MICROSCOPIC INVESTIGATION OF CHEMICALLY MODIFIED MEMBRANES FOR POTENTIAL OIL WATER SEPARATION APPLICATIONS" (2023). Theses. 1243.
https://scholarworks.uaeu.ac.ae/all_theses/1243
