Document

Magnetic nanoparticles as draw solute in forward osmosis

Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2015
Language
English
English abstract
Abstract Forward osmosis (FO) is a low energy consumption technology of great interest for water desalination. A critical step for making FO practical is selection of proper draw solute suitable to increase the osmotic pressure since the biggest challenge facing the application of FO is the separation of fresh water from the draw solution. Using advances in nanotechnology, hydrophilic magnetic nanoparticles were used as novel draw solutes, thus separating the fresh water from draw solution using magnetic field alone without the need of intensive energy. To test the stability of magnetic nanoparticles (MNPs) suspension, two kinds of magnetic nanoparticles (magnetite Fe304 and jacobsite MnFe2O4) were synthesized. The results showed Fe3O4 is not stable that's why it was ruled out as a potential magnetic material suitable to be applied as draw solution, instead focused studied were carried out with MnFe2O4. Different diameters of MnFe2O4 using various metals and bases concentrations were also synthesized to study the effect of particle sizes on the FO performance. It was shown that the lowest metals concentration (0.05 M Mn * + 0.1 M Fet) and the highest base concentration (4 M NaOH) form the smallest MnFe2O4 particles 25 nm. In addition, MnFe204 functionalized by polyvinyl alcohol (PVA), tri-sodium citrate (TSC) and polyethylene glycol (PEG) were synthesized to explore the correlation between surface chemistry of and the achieved osmolality. The results showed the highest water flux performance ~ 10 L/m h was achieved when 2M and 28.6 % organic content of TSC used to functionalize MnFe2O4 MNPs and use it as draw solute in FO application. It is demonstrated that the engineering of surface hydrophilicity and magnetic nanoparticle size are both crucial in their application as draw solutes in FO. Magnetic nanoparticles were characterized by X-ray diffraction (XRD), Transmission electron microscopy (TEM), Thermo-gravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared radiation (FTIR), Raman spectrometer, Vibrating sample magnetometer (VSM) and zeta potential. It is believed that magnetic nanoparticles will soon find great use in this area.
Arabic abstract
الخلاصة
التناضح الأمامي هي تقنية ذو استهلاك منخفض للطاقة ذات أهمية كبيرة لتحلية المياه. الخطوة الأكثر أهمية لجعل هذه التقنية عملية هي إختيار المادة المذابة المناسبة اللازمة لزيادة الضغط الأسموزي و ذلك لأن التحدي الأكبر في إستخدام هذه التقنية هو فصل المياه العذبة من المادة المذابة. إستعانة بتكنولوجيا النانو المتقدمة، إستخدمت جزيئات النانو المغناطيسية كمادة مذابة لسحب الماء النقي وبعدها يتم فصلها من الماء النقي بإستخدام المجال المغناطيسي فقط دون الحاجة لأي طاقة مكثفة. الإختبار إستقرار جزيئات النانو المغناطيسية المعلقة، تم تصنيع نوعين من جزيئات النانو المغناطيسية (جاكوبسایت MnFe2O ومجنانيت Fe3O4). أظهرت النتائج بأن جزيات المجناتيت غير مستقرة، ولهذا السبب ركزت الدراسة على تصنيع جزئات الجاكوبسایت. تم تصنيع أحجام مختلفة من جزيئات الجاكوبسایت وذلك بإستخدام تراكيز مختلفة من المعادن والقواعد، لدراسة تأثير حجم الجزيئات على أداء عملية التناضح الأمامي. وقد تبين أن أقل تركيز للمعادن وأعلى تركيز للقاعدة تشكل أصغر الجزيئات حجما حوالي ۲۰ نانوميتر. بالإضافة إلى ذلك، تم تغطية جزيئات الجاكوبسایت بمجموعات مختلفة من الفئات المحبة للماء مثل البولي فينيل الكحول (PVA)، سترات ثلاثي الصوديوم (TSC) و البولي إثيلين جلايكول (PEG) الإستكشاف العلاقة بين الكيمياء السطحية لجزيئات النانو المغناطيسية والضغط الأسموزي. أظهرت النتائج أن أعلى تدفق للماء حوالي 10 لتر/ متر ساعة تحقق عند إستخدام ۲ مولية و ۲۸٫
۹ ٪ من المحتوى العضوي السترات ثلاثي الصوديوم لتغطية جزيئات الجاكوبسایت وإستخدامها كمادة مذابة لسحب الماء في عملية التناضح الأمامي. وقد تبين أن هندسة سطح وحجم جزيئات النانو المغناطيسية على حد سواء لهما أهمية كبيرة عند إستخدامها كمادة مذابة في عملة التناضح الأمامي. تم تحليل جزيئات النانو المغناطيسية بإستخدام حيود الأشعة السينية (XRD)، مجهر إلكتروني نافذ (TEM)، التحليل الحراري الوزني (TGA)، تحويل الأشعة تحت الحمراء (FTIR)، مطياف رامان، الإهتزاز المغناطيسي للعينة (VSM) و جهد الزيتا. يعتقد أن جزيئات النانو المغناطيسية سوف تجد قريبا فائدة كبيرة في هذا المجال.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Journal articles
6
0
Al-Kalbani, Al-Motasim Khalifa.
College of Engineering, Sultan Qaboos University.
2025-01-08
Journal articles
9
0
Oseh, Jeffrey O.
College of Engineering, Sultan Qaboos University.
2024-08-14
Theses and Dissertations
0
0
Al-Maamariyah, Muna Darwish Abdullah.
Sultan Qaboos University.
2022
Theses and Dissertations
0
0
Al-Azzawi, Marwah Qasim Qaddoori.
Sultan Qaboos University.
2021