Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

616.633.66-06 : 617.731-002

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

618.14-007.66-06 : 618.5

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

616.633.66-06 : 616.36-008.6

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

616.663.66-06 : 616.718-002.4

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Dit manuscript onderzoekt de invloed van membraankarakteristieken op fluxvermindering en retentie in nanofiltratie. Zowel zelfaangemaakte nanoporeuze polyethersulfon membranen als commerciële nanofiltratie membranen werden hierbij bestudeerd. Een grondige fysico-chemische karakterisatie van de membranen liet toe om twee verschillende membraanklassen te onderscheiden: een polyamide en een polyethersulfon klasse. De distributie van de poriëngroottes in de toplaag van deze commerciële nanofiltratie membranen bleek een bimodale functie te volgen, in plaats van de algemeen aanvaarde lognormaal functie. Bovendien correleerde de MWCO (moleculaire gewichtscut-off) niet met de poriëngrootte, maar wel met de verhouding van de volume fractie van de grote poriën tot de volume fractie van alle poriën. Welke membraankarakteristiek de grootste invloed heeft op de performantie, was afhankelijk van de karakteristieken van de waterige voedingsoplossing. In het geval de voedingsoplossing opgeloste ongeladen of geladen organische componenten bevatte, was een lage volume fractie van kleine poriën gewenst om membraanvervuiling te minimaliseren. Daarenboven was een grote oppervlaktelading en een hoge hydrofiliciteit gunstig tijdens filtratie van geladen componenten. Een hydrofiel membraanoppervlak was ook het belangrijkste selectiecriterium om minimale colloïdale vervuiling te verkrijgen. De retentie van organische componenten werd voornamelijk bepaald door de MWCO van de commerciële nanofiltratie membranen. Als toepassing werd het afvalwater van de carwash industrie gerecycleerd. Deze studie toonde aan dat een hydrofiel nanofiltratie membraan met kleine poriën het best geselecteerd kon worden, aangezien zo hoge permeaatfluxen in combinatie met hoge retenties kunnen verkregen worden. Bovendien bleek met dit membraan een reinigingsstap met water gedurende 15 minuten reeds voldoende te zijn om de oorspronkelijke flux van zuiver water te bereiken. This dissertation investigates the influence of membrane characteristics on fouling and retention in nanofiltration. Laboratory-made nanoporous polyethersulfone membranes were studied, in addition to commercial nanofiltration membranes. A thorough physico-chemical characterization of the membranes allowed to distinguish two membrane classes, i.e., a polyamide and a polyethersulfone class. The pore size distribution in the skin layer of all commercial nanofiltration membranes was observed to be a bimodal instead of the well accepted log-normal function. Moreover, the MWCO (molecular weight cut-off) did not correlate with the pore sizes, but rather with the ratio of the volume fraction of the large pores to the volume fraction of all pores. Which membrane characteristic has the largest influence on the performance, depended on the characteristics of the (aqueous) feed solution. In case the feed solution contained dissolved uncharged or charged organic components, a low volume fraction of small pores was desirable to minimize fouling. In addition, a large surface charge and a high hydrophilicity were favourable for filtration of charged components. For minimal colloidal fouling, a hydrophilic membrane surface was also the most important selection criterion. The retention of organic components was determined mainly by the MWCO of the commercial nanofiltration membranes; during filtration of charged organic components, the interplay between membrane and component charge was also crucial. A case-study about recycling of wastewater in the carwash industry, indicated that a hydrophilic nanofiltration membrane with small pores should be selected, so that high permeate fluxes in combination with high retentions are obtained. Moreover, with this membrane, only a cleaning step with water during 15 minutes appeared necessary to reach the original pure water flux. Nanofiltratie is een drukgedreven membraanproces dat zowel multivalente ionen als organische componenten uit het water kan verwijderen. Dit membraanproces wordt o.a. toegepast voor het ontharden van drinkwater of het zuiveren van afvalstromen in de industrie. Het grote probleem bij het gebruik van membraanprocessen is vervuiling aan het membraan dat in een ongewenste fluxdaling resulteert. Aangezien membraanvervuiling een complex gegeven is van voedings- en membraaneigenschappen, is een grondige kennis van de membraaneigenschappen noodzakelijk. Zowel commerciële nanofiltratie membranen als zelfgemaakte nanoporeuze polyethersulfon membranen werden in deze studie beschouwd. In een eerste stap werd de toplaag van deze membranen gekarakteriseerd naar de hydrofobiciteit, de ruwheid, de oppervlaktelading, de moleculaire gewichtscut-off, de porositeit en de chemische samenstelling. Verschillende technieken werden toegepast om deze informatie te verkrijgen: zo werd de porositeit van de membranen nagegaan met behulp van PAS (Positron Annihilatie Spectroscopie), een nieuwe karakterisatietechniek in de wereld van nanofiltratie. De resultaten van PAS waren zeer verrassend: in plaats van één bleken er twee verschillende (gemiddelde) poriëngroottes aanwezig te zijn in de toplaag van een nanofiltratie membraan. Ook werd er vastgesteld dat het transport doorheen een nanofiltratie membraan eerder afhankelijk is van de verhouding tussen de verschillende poriën dan van de absolute poriëngrootte. De membraankarakteristieken werden vervolgens statistisch gecorreleerd met de geobserveerde membraanvervuiling in de filtratie-experimenten, die uitgevoerd werden met verschillende types van voedingsoplossingen. Deze aanpak maakt het mogelijk om die membraaneigenschappen te selecteren, die verantwoordelijk zijn voor membraanvervuiling. Uit deze analyse bleek dat deze membraanselectie sterk afhankelijk was van het type van de voedingsoplossing. Bij filtratie van organische componenten was vooral de volume fractie van de kleinste poriën belangrijk, terwijl bij filtratie van colloïdale dispersies de hydrofobiciteit van de toplaag de grootste invloed had op membraanvervuiling. De verkregen kennis werd vervolgens toegepast op een meer praktisch probleem: namelijk het recycleren van het afvalwater in de carwash industrie. De beste resultaten voor deze toepassing (namelijk zoveel mogelijk en zo zuiver mogelijk water) werden verkregen voor een hydrofiel membraan met kleine poriën. Bovendien bleek een reiniging met water gedurende 15 minuten reeds voldoende om de membraanvervuiling te verwijderen.

Academic collection --- 66.06 --- Handling, processing and purification of liquids. Treatment with liquids --- Theses --- 66.06 Handling, processing and purification of liquids. Treatment with liquids