Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Coating ultrafiltration membrane with tannic acid and copper for antifouling in anaerobic membrane bioreactor
Year (A.D.)
2019
Document Type
Thesis
First Advisor
เบญจพร สุวรรณศิลป์
Second Advisor
เจนยุกต์ โล่ห์วัชรินทร์
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Environmental Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม
DOI
10.58837/CHULA.THE.2019.1560
Abstract
งานวิจัยนี้ทำการศึกษาการปรับปรุงพื้นผิวอัลตราฟิลเทรชันเมมเบรนเพื่อเพิ่มคุณสมบัติความชอบน้ำและลดการอุดตันบนพื้นผิวเมมเบรน โดยทำการเคลือบพื้นผิวเมมเบรนพอลีไวนิลลิดีนฟลูออไรด์แบบเส้นใยกลวงด้วยกรดแทนนิกและทองแดงในรูปของสารประกอบคอปเปอร์ซัลเฟตเพนตะไฮเดรต ทำการทดลองโดยมีการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนระหว่างกรดแทนนิกต่อทองแดงที่อัตราส่วน 3:1 2:1 1:1 1:2 และ 1:3 โดยโมล เมมเบรนที่ผ่านการปรับปรุงพื้นผิวทำการทดสอบคุณสมบัติความชอบน้ำด้วยเครื่องวัดมุมสัมผัสของหยดน้ำบนพื้นผิวเมมเบรน (Contact angle measurement) ทดสอบสภาพพื้นผิวและโครงสร้างทางเคมีบนพื้นผิวเมมเบรนด้วยเครื่องฟูเรียร์ทรานฟอร์มอินฟาเรดสเปคโทรสโคปี (FT-IR) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) หาปริมาณและรูปการจัดวางองค์ประกอบทางเคมีของทองแดงด้วยการวิเคราะห์ธาตุด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดรวมกับเทคนิคการวัดการกระจายพลังงานของรังสีเอกซ์ (SEM-EDX) เครื่องวิเคราะห์ชนิดและปริมาณธาตุโดยหลักการคายแสงของธาตุด้วยการกระตุ้นจากพลาสมา (ICP-OES) และ เครื่องสเปคโตสโคปีของอนุภาคอิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยด้วยรังสีเอกซ์ (XPS) และทดสอบพื้นที่การยับยั้งเชื้อแบคทีเรีย (clear zone) ซึ่งพบว่าอัตราส่วนที่ 1:3 โดยโมล เป็นอัตราส่วนที่เหมาะสมที่สุด ทำการเดินระบบถังปฏิกรณ์เมมเบรนชีวภาพเพื่อทดสอบประสิทธิภาพและการลดการอุดตันของเมมเบรน พบว่าประสิทธิภาพในการบำบัดซีโอดีของระบบถังปฏิกรณ์เมมเบรนชีวภาพไร้อากาศของเมมเบรนที่ไม่ผ่านการปรับปรุงพื้นผิวและผ่านการปรับปรุงพื้นผิวมีค่าเท่ากับ ร้อยละ 92.2±3.6 และ 91.8±4.0 ตามลำดับ การทดสอบการอุดตันของเมมเบรนพบว่าเมมเบรนที่ผ่านการปรับปรุงพื้นผิวมีค่าการซึมผ่านของน้ำผ่านเมมเบรนที่มากกว่า มีการล้างด้วยสารเคมี (Chemical cleaning) ที่น้อยกว่า และเมื่อทำการล้างแล้วมีการฟื้นตัวของค่าการซึมผ่านของน้ำผ่านเมมเบรนที่มากกว่าเมมเบรนที่ไม่ผ่านการปรับปรุงพื้นผิว สอดคล้องกับค่าความต้านทานทางชลศาสตร์ของชั้นอุดตันที่มีค่าต่ำกว่า และหลังจากการเดินระบบพบว่าเมมเบรนที่ผ่านการปรับปรุงพื้นผิวมีการอุดตันแบบชั้นเค้กจากเซลล์จุลชีพที่น้อยกว่าเมมเบรนที่ไม่ผ่านการปรับปรุงพื้นผิว
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
This study investigates the surface modification of ultrafiltration membranes to increase hydrophilicity and antifouling properties by coating the polyvinylidene fluoride (PVDF) hollow fiber membranes with tannic acid and copper in the form of copper sulfate pentahydrate. The ratio of tannic acid and copper sulfate pentahydrate were varied at 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, and 1:3 by mole. The hydrophilicity properties were analyzed by water contact angle instrument. Membrane surfaces were examined using scanning electron microscope (SEM) and chemical structures of the membranes were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The elemental compositions of copper were analyzed by Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (SEM-EDX), Inductive Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer (ICP-OES) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Antibacterial properties of membranes were tested by the clear zone method. The results show that the ratio of tannic acid and copper sulfate pentahydrate of 1:3 by mole is the most suitable ratio for surface modification. An anaerobic membrane bioreactor was operated to test the performances and fouling of membranes. COD removal efficiencies of unmodified membrane and modified membrane were 92.2±3.6 % and 91.8±4.0 % respectively. The modified membrane has a higher flux, requiring less chemical cleaning, and achieving better permeability after cleaning than the unmodified membrane. After operated the anaerobic membrane bioreactor operation, the modified membrane had less cake layer formation fouling from microbial cells than the unmodified one.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
มณีวรรณ์, ปุณิกา, "การเคลือบพื้นผิวอัลตราฟิลเทรชันเมมเบรนด้วยกรดแทนนิกและทองแดงเพื่อลดการอุดตันในระบบถังปฏิกรณ์เมมเบรนชีวภาพไร้อากาศ" (2019). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 11569.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/11569
