Exploration of Inorganic Synthesis and Characterization of UiO-66-g-PEGMA Composite Membrane for Optimized Oil/Water Emulsion Separation Performance

Abstract

Global challenge of separating emulsified oil/water mixtures is underscored by the extensive production of oily wastewater in industrial operations. Therefore, this study was focused on the exploration of inorganic synthesis and characterization of UiO-66-g-PEGMA composite membranes for optimized oil/water emulsion separation performance. Pristine UiO-66-NH2 and UiO-66-g-PEGMA composite membranes were fabricated through vacuum suction filtration. The membranes, dispersed in deionized water through sonication, were deposited onto a cellulose nitrate (CN) substrate membrane under a constant differential pressure. The prepared membranes were characterized using various techniques, including ATR-IR, XRD, TEM, SEM, and TGA. Oil/water emulsion for evaluating membrane separation performance was prepared by stirring Ulvac oil R-2 in water with sodium dodecyl sulfate as a surfactant. Dynamic light scattering determined the droplet size distribution of the emulsion. The separation performance of composite membranes was assessed based on oil rejection, flux, and antifouling properties. Total flux decline (TR) and flux recovery ratio (FRR) were calculated to evaluate fouling resistance. The results indicated successful synthesis and grafting of UiO-66-g-PEGMA, with retained crystalline structure confirmed by XRD. The composite membrane exhibited enhanced fouling resistance and rejection compared to pristine UiO-66-NH2. The introduction of grafted PEGMA improved hydrophilicity and partially filled interparticle voids, contributing to the enhanced filtration performance. The UiO-66-g-PEGMA membrane demonstrated improved water flux and antifouling capabilities without compromising oil retention. This study highlights the promising potential of UiO-66-g-PEGMA composite membranes in the design of highperformance membranes for effective oil/water separation. The research provides valuable insights into the application of inorganic synthesis techniques in addressing challenges associated with emulsion separation in oil-water separation processes.

Le défi mondial de séparer les mélanges d’huile / eau émulsifiés est souligné par la production approfondie des eaux usées huileuses dans les opérations industrielles. Par conséquent, cette étude a été axée sur l’exploration de la synthèse inorganique et la caractérisation des membranes composites UIO-66-G-PEGMA pour les performances optimisées de séparation des émulsions d’huile / eau. Les membranes composites UIO-66-NH2 et UIO-66-G-PEGMA ont été fabriquées par filtration d’aspiration sous vide. Les membranes, dispersées dans de l’eau désionisée par sonication, ont été déposées sur une membrane de substrat de nitrate de cellulose (NC) sous une pression différentielle constante. Les membranes préparées ont été caractérisées en utilisant diverses techniques, notamment ATR-IR, XRD, TEM, SEM et TGA. L’émulsion d’huile / eau pour évaluer les performances de séparation des membranes a été préparée en remuant l’huile ULVAC R-2 dans l’eau avec du dodécyl sulfate de sodium comme tensioactif. La diffusion dynamique de la lumière a déterminé la distribution de la taille des gouttelettes de l’émulsion. Les performances de séparation des membranes composites ont été évaluées sur la base du rejet d’huile, du flux et des propriétés antisfouling. La baisse du flux total (TR) et le rapport de récupération du flux (RRF) ont été calculées pour évaluer la résistance à l’encrassement. Les résultats ont indiqué une synthèse et une greffe réussies de l’UIO-66-GPEGMA, avec une structure cristalline conservée confirmée par XRD. La membrane composite a montré une résistance et un rejet d’encrassement améliorés par rapport à UIO-66-NH2 vierge. L’introduction de la PEGMA greffée a amélioré l’hydrophilie et des vides interparticules partiellement remplis, contribuant aux performances de filtration améliorées. La membrane UIO-66-G-PEGMA a démontré une amélioration du flux d’eau et des capacités antifouling sans compromettre la rétention du pétrole. Cette étude met en évidence le potentiel prometteur des membranes composites UIO-66-G-PEGMA dans la conception de membranes haute performance pour une séparation efficace de l’huile / de l’eau. La recherche fournit des informations précieuses sur l’application des techniques de synthèse inorganiques pour relever les défis associés à la séparation des émulsions dans les processus de séparation des eaux pétroliers.