Preparation and Characterization of Membranes Formed by Non-Solvent Induced Phase Separation Technique

Thi Diem Trang Nguyen, B.A.

Master's thesis

Abstract:

Based on the superior advantages of the polymeric membrane, this thesis is prepared porous membranes with the Non-solvent induced phase separation (NIPS) method which generally has an asymmetric structure. The membranes had micron size pores which are called microfilters and were used for the separation of microplastics. Twenty-one different membranes by varying concentration of PVDF or PVP or PEG were prepared. PVDF homopolymer was blended with PVP and PEG additive and investigated in terms of morphology and pore size by SEM image, chemical property by FTIR, their hydrophilicity and filtration performance by contact angle, transport flux, permeability, water uptake and rejection rate, as well as their stability by swelling ratio. In this study, NIPS method could support to form the asymmetric membrane, enhance its transport media. The correlation between polymer and its content in dope solution and filtration performance was investigated. Overall, the membrane properties had strongly dependent on PVDF content as well as additives concentration since each membrane's characterization varied in results. Generally, PEG additive contributed minor effect to final property of blended PVDF/PEG membrane due to PEG leaching out during membrane formation. Adding PVP to blended PVDF/PVP system resulted in more promising outcome such as high water permeability, and PVDF10/PVP membrane group performed the best among fabricated membranes. On the contrary, the membrane rejection rate was not good enough in filtration, it could be because of large pores distribution or membrane surface cracking. In conclusion, this study demonstrated the potential advantage of porous thin film created by NIPS method as well as the promising outcome by blending PVP additive in PVDF system during membrane formation.

Abstract:

Na základě vynikajících výhod polymerní membrány jsou v této práci připraveny porézní membrány metodou NIPS (separace fází indukované rozpouštědlem), které mají obecně asymetrickou strukturu. Membrány měly póry o velikosti mikronů, které se nazývají mikrofiltry, a byly použity pro separaci mikroplastů. Bylo připraveno 21 různých membrán s různou koncentrací PVDF nebo PVP nebo PEG. Homopolymer PVDF byl smíchán s příměsí PVP a PEG a zkoumán z hlediska morfologie a velikosti pórů pomocí SEM obrazu, chemických vlastností pomocí FTIR, jejich hydrofilnosti a filtračních vlastností pomocí kontaktního úhlu, transportního toku, propustnosti, absorpce vody a míry rejekce, jakož i jejich stability pomocí poměru bobtnání. V této studii by metoda NIPS mohla podpořit tvorbu asymetrické membrány, zlepšit její transportní médium. Byla zkoumána korelace mezi polymerem a jeho obsahem v dopingovém roztoku a filtračním výkonem. Celkově lze říci, že vlastnosti membrán byly silně závislé na obsahu PVDF i na koncentraci přísad, neboť výsledky jednotlivých charakteristik membrán se lišily. Přísada PEG měla obecně na konečné vlastnosti směsné membrány PVDF/PEG jen malý vliv, protože se PEG během tvorby membrány vyluhoval. Přídavek PVP do směsného systému PVDF/PVP vedl k slibnějším výsledkům, jako je vysoká propustnost vody, a skupina membrán PVDF10/PVP vykazovala nejlepší výsledky mezi vyrobenými membránami. Naopak míra rejekce membrány při filtraci nebyla dostatečně dobrá, což mohlo být způsobeno velkým rozložením pórů nebo praskáním povrchu membrány. Závěrem lze říci, že tato studie prokázala potenciální výhodu porézní tenké vrstvy vytvořené metodou NIPS a také slibný výsledek přimícháním přísady PVP do systému PVDF při tvorbě membrán.

Keywords

NIPS, porézní membrána, PVDF membrána, PVP přísada, PEG přísada, filtrace.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2023

Thesis defence

• Supervisor: doc. Fatma Yalcinkaya, MSc. Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Master programme / field:
Textile Engineering / Nonwovens and Nanofiber Materials