Pervaporation separation of methyl tert-butyl ether (MTBE) and methanol (MeOH) mixture, of which the former compound is well known as the octane booster was carried out. Poly(vinyl alcohol) (PVA) membranes crosslinked with poly(acrylic acid) which have been successfully applied on the water-alcohol mixtures were used in this study. The PVA/PAA ratio in the crosslinked membranes was 95/5, 90/10, 85/15, 80/20, and 75/25 by weight. The operating temperatures were 30, 40, and 50$\circ$C, and the compositions of MTBE and MeOH to be separated were 95/5, 90/10, and 80/20 (MTBE/MeOH) solutions. PVA/PAA=85/15 membrane showed the separation factor $\alpha_{MeOH/MTBE}$=4000 and the permeation rate of 10.1 g/m$^2$hr for MTBE/MeOH=80/20 solution at 50$\circ$. When the same membrane was used, the separation factor and permeation rate for MTBE/MeOH=90/10 solution at 40$\circ$C were $\alpha_{MeOH/MTBE}$=6000 and 8.5 g/m$^2$hr, respectively. Also, the hydrophilic/hydrophobic balance of the membranes would take an important role in the relationships between the membranes and separation performances in terms of the flux and the separation factor.
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.
We have fabricated mixed-ionic conducting membranes, L $a_{0.6}$S $r_{0.4}$$Co_{0.2}$F $e_{0.8}$$O_{3-}$$\delta$/ and L $a_{0.7}$S $r_{0.3}$G $a_{0.6}$F $e_{0.4}$$O_{3-}$$\delta$/ by the solid state method. Ceramic membranes consisted of perovskite-type structures and exhibited high relative density, >95%. Especially, dense L $a_{0.6}$S $r_{0.4}$Co $O_{3-}$$\delta$/ layer was coated on the L $a_{0.7}$S $r_{0.3}$G $a_{0.6}$F $e_{0.4}$$O_{3-}$$\delta$/ membranes by using screen printing technique in order to improve oxygen ion flux. We measured oxygen ion flux on uncoated L $a_{0.6}$S $r_{0.4}$$Co_{0.2}$F $e_{0.8}$$O_{3-}$$\delta$/, uncoated L $a_{0.7}$S $r_{0.3}$G $a_{0.6}$F $e_{0.4}$$O_{3-}$$\delta$/, and coated L $a_{0.7}$S $r_{0.3}$G $a_{0.6}$F $e_{0.4}$$O_{3-}$$\delta$/ membranes. The L $a_{0.6}$S $r_{0.4}$$Co_{0.2}$F $e_{0.8}$$O_{3-}$$\delta$/ membranes showed the highest flux, 0.26 mL/min.$\textrm{cm}^2$ at 90$0^{\circ}C$, after steady state had been reached. The oxygen flux of coated L $a_{0.7}$S $r_{0.3}$G $a_{0.6}$F $e_{0.4}$$O_{3-}$$\delta$/ membranes showed higher value, 0.19 mL/min.$\textrm{cm}^2$ at 95$0^{\circ}C$. This flux was as much as 2 or 3 times higher than those of uncoated L $a_{0.7}$S $r_{0.3}$G $a_{0.6}$F $e_{0.4}$$O_{3-}$$\delta$/ membranes. 3-$\delta$/ membranes.X> 3-$\delta$/ membranes.membranes.
V-Cr-Y alloy is a material for hydrogen separation membrane possessing high transmittance and selectivity. In order to increase the rate of hydrogen permeation flux through the membrane, V-Cr-Y thin film was prepared using a sputtering technique and was investigated focusing on its basic properties. Thin film was deposited on a silicon wafer using a target including V (89.8%), Cr (10.0%) and Y(0.2%), and results of EDS analysis confirm that the ratio of metal in thin film agrees with that in the target. Higher sputtering temperature and power resulted in more rapid growth rate of the thin film and larger size of the crystals, and denser and finer crystal structure was observed when lower pressure was applied. An optimal sputtering condition was found with RF, 2mTorr, 300W and ambient temperature, and a suitable V-Cr-Y thin film for hydrogen separation was obtained upon heat treatment of the thin film prepared in this way.
The objective of this study is to propose a mathematical model for a pervaporation process for concentrating hydrogen peroxide. The process was developed by NASA, which consists of a shell and membrane tubes, where a liquid hydrogen peroxide solution flows in the shell, and a sweep gas flows in the tubes countercurrent to each other. The liquid retentate is concentrated as more water molecules permeate and evaporate through the membrane than hydrogen peroxide. For this process, a mathematical model has been developed in the form of a system of nonlinear partial differential algebraic equations based on a sorption-diffusion mechanism for permeation, an Arrhenius relationship for the temperature dependency of the permeate flux, and mass and momentum balances for the liquid concentrations and flows in the membrane module. The dynamic behavior of the concentration of hydrogen peroxide in the retentate side has been simulated by solving a simplified version of the proposed model, and the result is compared with the experimental data reported in the NASA patent.
Park, Young-Soo;Choi, Jin-Sub;Byoun, Myoung-Sub;Kim, Jin-Ho;Hwang, Kwang-Taek
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.21
no.4
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pp.271-277
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2010
$(Ba(Zr_{0.85}Y_{0.15})O_{3-\delta})$ oxide, showing high protonic conductivity at high temperatures and good chemical stability with $CO_2$ are referred to as hydrogen separation membrane. For high efficiency of hydrogen separation ($H_2$ flux and selectivity) and low fabrication cost, ultimate thin and dense BZY-Ni layer has to be coated on a porous substrate such as $ZrO_2$. Aerosol depostion (AD) process is a novel technique to grow ceramic film with high density and nano-crystal structure at room-temperature, and may be applicable to the fabrication process of AD integration ceramic layer effectively. XRD, SEM, X-ray mapping measurements were conducted in order to analyze the characteristics of BZY-Ni membrane fabricated by AD process. it is observed that it is homogeneous distribution for BZY-Ni. The result of $H_2$ permeation rate suggests that BZY-Ni composite is higher than BZY.
Using the methods of stopped-flow and epifluorescence microscopy with entrapped fluorophore, membrane permeability of $NH_3$ and weak acids in liposomes, renal brush border (BBMV) and basolateral membrane vesicles (BLMV), and primary culture cells from renal proximal tubule was measured. Permeability coefficient (cm/sec) of $NH_3$ was $(2.9{\times}10^{-2}$ in phosphatidylcholine liposome $25^{\circ}C)$, $5.9{\times}10^{-2}$ in renal proximal tubule cell $(37^{\circ}C)$, $4.0{\times}10^{-2}\;and\;2.4{\times}10^{-2}$ in BBMV and BLMV $(25^{\circ}C)$, respectively. Formic acid has the highest permeability coefficient among the weak acids tested, which was $4.9{\times}10^{-3}$ in liposome, $5.0{\times}10^{-3}$ in renal proximal tubule cell, $9.1{\times}10^{-3}$ in BBMV and $3.8{\times}10^{-3}$ in BLMV. There was a linear relationship between external concentration of nonionized formic acid and initial rate of flux of formic acid in liposome, and the slope coincided with the value of permeability coefficient of formic acid measured in pH 7.0. These results show that techniques of stopped-flow and epifluorescence microscopy with entrapped fluorophore provide the precise method of measurement of very rapid transport of nonelectrolytes through membranes with the advantages of instantaneous mixing effect, good resolution time and easy manipulation.
This study reports on the pervaporation separation of a volatile organic compound(VOC), dichloromethane(DCM) from water using fluorinated copolysiloxaneimide membranes. The copolysiloxaneimide membranes were prepared from 4,4'-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic anhydride(6FDA) and two diamines(polysiloxane diamine(SIDA), 2-(perfluorohexyl)ethyl-3,5-diaminobenzene(PFDAB)). By varying the ratio of flexible polysiloxane diamine(SIDA)/rigid fluorinated aromatic diamine(PFDAB) from 0/100 to 100/0 mol%, five copolysiloxaneimide membranes were prepared success- fully. The pervaporation properties of DCM/water were examined in terms of two diamine monomer ratio at room temperature and the feed composition of 0.05 wt% in water. It was found that the increase in SIDA content led to high permeation flux and pervaporation selectivity towards DCM by the enhanced sorption/sorption selectivity and diffusion coefficient/diffusion selectivity due to the increased hydrophobicity and fractional free volume.
This work presents inexpensive inorganic precursor formulations to yield submicron range symmetric ceramic microfiltration (MF) membranes whose average pore sizes were between 0.1 and $0.4{\mu}m$. Incidentally, the sintering temperature used in this work was about 800 to $950^{\circ}C$ instead of higher sintering temperatures ($1100^{\circ}C$) that are usually deployed for membrane fabrication. Thermogravimetric (TGA) and X-Ray diffraction (XRD) analysis were carried out to evaluate the effect of temperature on various phase transformations during sintering process. The effect of sintering temperature on structural integrity of the membrane as well as pore size distribution and average pore size were evaluated using scanning electron microscopy (SEM) analysis. The average pore sizes of the membranes were increased from 0.185 to $0.332{\mu}m$ with an increase in sintering temperature from 800 to $950^{\circ}C$. However, a subsequent reduction in membrane porosity (from 34.4 to 19.6%) was observed for these membranes. Permeation experiments with both water and air were carried out to evaluate various membrane morphological parameters such as hydraulic pore diameter, hydraulic permeability, air permeance and effective porosity. Later, the membrane prepared with a sintering temperature of $950^{\circ}C$ was tested for the treatment of synthetic oily waste water to verify its real time applicability. The membrane exhibited 98.8% oil rejection efficiency and $5.36{\times}10^{-6}\;m^3/m^2.s$ permeate flux after 60 minutes of experimental run at 68.95 kPa trans-membrane pressure and 250 mg/L oil concentration. Based on retail and bulk prices of the inorganic precursors, the membrane cost was estimated to be $220 /$m^2$ and $1.53 /$m^2$, respectively.
Dizge, Nadir;Ozay, Yasin;Simsek, U. Bulut;Gulsen, H. Elif;Akarsu, Ceyhun;Turabik, Meral;Unyayar, Ali;Ocakoglu, Kasim
Membrane and Water Treatment
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v.8
no.1
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pp.51-71
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2017
Antimicrobial polyethersulfone ultrafiltration membranes containing zerovalent iron ($Fe^0$) and magnetite ($Fe_3O_4$) nanoparticles were synthesized via phase inversion method using polyethersulfone (PES) as membrane material and nano-iron as nanoparticle materials. Zerovalent iron nanoparticles (nZVI) were prepared by the reduction of iron ions with borohydride applying an inert atmosphere by using $N_2$ gases. The magnetite nanoparticles (nMag) were prepared via co-precipitation method by adding a base to an aqueous mixture of $Fe^{3+}$ and $Fe^{2+}$ salts. The synthesized nanoparticles were characterized by scanning electron microscopy, X-ray powder diffraction, and dynamic light scattering analysis. Moreover, the properties of the synthesized membranes were characterized by scanning electron microscopy energy dispersive X-ray spectroscopy and atomic force microscopy. The PES membranes containing the nZVI or nMag were examined for antimicrobial characteristics. Moreover, amount of iron run away from the PES composite membranes during the dead-end filtration were tested. The results showed that the permeation flux of the composite membranes was higher than the pristine PES membrane. The membranes containing nano-iron showed good antibacterial activity against gram-negative bacteria (Escherichia coli). The composite membranes can be successfully used for the domestic wastewater filtration to reduce membrane biofouling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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