Application of tubular ceramic nanofiltration membranes for textile waste water desalination

Abstract

Textile industry generates coloured wastewater containing a significant level of dye/inorganic salts. Environmental concerns and efficient energy use make the recovery of reusable water and salts from textile wastewater vital globally. Ceramic nanofiltration (NF) membranes are becoming increasingly important for the recovery and purification of dyes and salts (e.g., NaCl) in high salinity waste streams. They have superior chemical/mechanical/thermal properties compared to their polymeric counterparts. Desalination performances of the ceramic NF membranes depend on the concentration and chemical structure of the target ions, pH of feed and the wastewater stream along with the chemical/surface/nanostructural properties of the selective NF layer. Metal oxides are generally used as NF layer materials due to their amphoteric behaviour. Repulsive/attractive forces between the ionic species in the solution and the NF layer may make the separation of ionic species possible. In this work, zirconia doped titania based NF layers were designed. Desalination experiments were conducted with 10-3 M Na2SO4 and MgSO4 salts at different pH values. Salt retention capacities of 5 different membranes were determined. Percent retention was calculated using ion concentrations in permeate and retentate streams. The Mg2+ and SO4 -2 ion concentrations were determined by titration with 0.01 M EDTA and by spectrophotometer at 420 nm, respectively. A clear pH dependency of the salt retention was found in filtration tests. The highest SO4 -2 and Mg+2 ion retentions were obtained with using MF+disperel (boehmite)+P2 (600 0C)+TTIP hydrosol+Ti/Zr polymeric (double layer) membrane as 95% and 91%, respectively.

Tekstil endüstrisi, büyük miktarda boya/inorganik tuz içeren renkli atık su üretmektedir. Çevresel kaygılar ve verimli enerji kullanımı, tekstil atıksuyundan gelen yeniden kullanılabilir su ve tuzların hayati bir önem taşımasını sağlamıştır. Seramik nanofiltrasyon (NF) membranları, yüksek derecede tuz içeren atıksularda, boyalar ve tuzların (örn., NaCl) geri kazanılması ve saflaştırılması için gittikçe önem kazanmaktadır. Seramik membranlar polimerik membranlara kıyasla üstün kimyasal/mekanik/termal özelliklere sahiptirler. Seramik NF membranlarının tuzdan arındırma performansları, hedef iyonların konsantrasyonuna ve kimyasal yapısına, beslenen atıksuyun pH’ına, atık su akışına ve seçici NF tabakasının kimyasal/yüzey/nano-yapısal özelliklerine bağlıdır. Amfoterik davranışlarından dolayı metal oksitler NF tabakası malzemesi olarak kullanılırlar. NF tabakasının yüzey yükü, büyük oranda beslenen atıksuyun pH'ına bağlıdır. Çözeltideki iyonik tuzlar ile NF tabakası arasındaki itici/çekici kuvvetler, iyonik tuzların ayrılmasını mümkün kılar. Bu çalışmada, zirkonya katkılı titanyum esaslı NF tabakaları tasarlandı. Desalinasyon deneyleri, farklı pH değerlerinde 10-3M Na2SO4 ve MgSO4 tuzları şle gerçekleştirilmiştir. 5 farklı membranın tuz tutma kapasiteleri belirlendi. Membranların tuz tutma yüzdeleri süzüntü ve kalıntı örneklerinin iyon konsantrasyonları kullanılarak hesaplanmıştır. Mg2+ iyon konsantrasyonu, 0.01 M EDTA titrasyonuyla, SO4 -2 iyon konsantrasyonu ise 420 nm dalga boyunda spektrofotometre ile tespit edilmiştir. Filtrasyon testleri sonucunda tuz tutulumunun pH’a bağlı olduğu açıkça görülmüştür. En yüksek SO4 -2 ve Mg2+ iyon tutulmaları sırasıyla % 95 ve% 91 olarak MF+disperal (böhmit)+P2 (600 0C)+TTIP hidrosol+Ti/Zr polimerik (çift katmanlı) membran kullanılarak elde edilmiştir.