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ISSN : 1226-0088(Print)
ISSN : 2288-7253(Online)
Membrane Journal Vol.28 No.6 pp.414-423
DOI : https://doi.org/10.14579/MEMBRANE_JOURNAL.2018.28.6.414

Surface Modification of Nanofiltration Membrane with Silane Coupling Agents for Separation of Dye

Hee Min Park, Jee Eun Lim, Seong Ae Kim, Yong Taek Lee†
Department of Chemical Engineering, College of Engineering, Kyung Hee University, Gyeonggi-do 17104, Korea
Corresponding author(e-mail: yongtlee@khu.ac.kr)
December 21, 2018 ; December 28, 2018 ; December 28, 2018

Abstract


In this study, the commercial nanofiltration membranes were modified with octyltrimethoxysilane(OcTMS) and (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS) to improve fouling resistance and to separate dye. The chemical structure and binding energy of elements of silane-deposited surface were analyzed using XPS analysis. And the morphology and hydrophilicity property of silane-modified NF membrane were analyzed using FE-SEM, EDX, AFM, and contact angle. The surface charge of silane-modified NF membrane was characterized by zeta potentiometer analyzer. As a result, silane-modified NF membrane improved fouling resistance about 2 times as compared with that of the commercial membrane. And the silane-modified NF membranes effectively were removed cation dye over 98%.



실란 표면 개질된 나노복합막의 염료 분리 특성

박 희 민, 임 지 은, 김 성 애, 이 용 택†
경희대학교 공과대학 화학공학과

초록


본 연구에서는 염색⋅염료 산업의 폐수 처리 및 재활용 공정에 분리막을 적용하고자 실란 커플링제를 이용하여 상 용화된 나노복합막을 표면 개질하였다. 실란 커플링제는 말단 관능기가 다른 octyltrimethoxysilane (OcTMS)와 (3-aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS)을 사용하였으며, 표면 개질을 통해 염료 분리 및 내오염성을 향상시키고자 하였다. XPS, FE-SEM, EDX 분석을 통하여 막 표면의 화학 구조 변화 및 실란 적층을 확인하였고, AFM 분석을 통해 개질막의 표면 모폴로지를 확 인하였다. Zeta potential을 통해 실란 개질 막이 상용막 대비 표면 전하가 중성으로 변하는 것을 확인하였다. 그 결과, OcTMS와 APTMS로 개질한 막의 내오염성은 NE70에 비해 약 2배 이상 향상되었다. 또한, 실란으로 표면 개질한 나노복합 막은 음이온 염료(Orange II) 용액에서 약 90% 이상, 양이온 염료(Safranin-O) 용액에서 약 98% 이상의 염료 제거율을 나타 내어 양이온 염료 용액 처리에 적합한 것을 확인하였다.



    Ministry of Trade, Industry and Energy
    10050503

    1. 서 론

    염색⋅염료 폐수는 일반적으로 염, 염료, surfactant, oil, grease 등 다양한 오염물질을 함유하고 있으며, 난 분해성 물질로 일반적인 폐수 처리가 매우 어렵다. 이 러한 특성으로 염색, 염료의 폐수는 대표적인 오염산업 으로 분류되고[1], 염색, 염료에서 배출되는 폐수 처리 의 중요성이 대두되고 있다. 염색⋅염료 폐수를 처리하 는 방법으로는 물리, 화학, 생물학적 처리방법이 있다. 화학적 처리 방법으로는 응집, 부상, 오존 산화, 미생물 법 등이 있으나 처리가 어렵고 경제적이지 못하다. 또 한, 화학적 슬러지 등 중간 생성물이 발생하여 공정 용 수로 재활용하기가 현실적으로 어렵다. 생물학적 처리 는 미생물에 의한 흡착, 분해를 이용한 방법으로 생분 해가 잘 일어나지 않으며 활성 슬러지에 염료 흡착정도 가 낮고, 슬러지 양이 많이 발생한다. 염색 폐수 처리 과정에서 미생물의 성장에 억제 요소가 되는 독성 화학 성분, 난분해성 물질을 함유하고[2,3], 유기물의 농도가 너무 높아 처리 효율이 좋지 못하며, 폐수의 pH 변화 억제, 영양분 공급 등의 문제점을 가진다. 이러한 문제 점을 해결하기 위해 막 분리법을 이용한 물리적 처리 연구가 활발히 진행되고 있고, 폐수 처리 및 재활용 시 스템 연구도 많이 진행되고 있다. 막 분리법에는 분자 량이 500~1,000 이상의 용질을 분리하는 나노여과 (Nanofiltration, NF)와 무기염료, 저분자 물질 등을 분 리하는 역삼투(Reverse Osmosis, RO) 등이 있다. 일반 적으로 염료는 분자량이 수백 전후이기 때문에 일정 농 도 이상이 되면 응집하여 외견상 분자량이 커지게 된 다. 이때 농도에 의한 삼투압 증가는 크지 않고 염색 폐수에 포함되어 있는 무기염료와 저분자 물질, 저농도 염료를 분리하여 처리할 수 있다. 나노여과막은 역삼투 분리막과 한외여과 분리막의 중간 영역으로 분자량이 수백에서 수천 dalton에 이르는 작은 무기물과 용존 물 질의 제거가 가능하기 때문에[4,5] 염료 분리에 미치는 영향을 알아보았다. 한편, 막 표면에 미생물이나 유기물 이 적층되어 심각한 막 오염 현상을 일으켜 막 성능을 저하시키고, 수명을 단축시키는 문제를 일으킨다[6]. 이 때, 막 오염은 분리막의 표면 구조, 전하, 접촉각 등 표 면 특성에 영향을 받는다[7]. 본 연구에서는 실란 커플 링제를 이용하여 상용화된 나노분리막을 표면 개질하 여 분리막 표면의 친수성과 표면 전하를 조절하여 염색 ⋅염료 폐수의 염료 분리 공정에 적용할 수 있는 분리 막을 제조하고자 하였다[8].

    2. 실 험

    2.1. 시약 및 재료

    개질에 사용한 상용 나노여과막은 Toray사(Nihonbashi, Japan)의 NE4040-70 제품이며 막의 성능을 Table 1에 나타내었다. 상용막은 anhydrous ethanol (99%, Carlo elba reagents)와 증류수로 세척한 후, propylene glycol (PG, 99.5%, Daejung) 용액에 담가 습윤성을 높였다. 개시제로 Potassium persulfate (99.99%, Sigma-aldrich) 와 potassium metabisulfite (99.9%, Sigma-aldrich)를 사 용하였고, 실란 커플링제로 Octyltrimethoxysilane (OcTMS, 97%, Alfa-aesar)와 (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS, 99%, Sigma-aldrich)을 사용하였으며, 화학 구조를 Fig. 1에 나타내었다. 막의 성능평가에 사용된 공급수로 magnesium sulfate anhydrous (MgSO4, 99%, Daejung) 를 사용하였으며, 염료 용액 분리 평가를 위해 safranin- O (Mw 350.85, positive charge, 85%, Sigma-aldrich) 와 acid orange 7 (Orange II, Mw 350.32, negative charge, 85%, Sigma-aldrich)로 인공 염색 용액을 제조하여 정제 없이 사용하였으며 그 구조를 Fig. 1에 나타내었다. 또한, 내오염성 평가를 위해 막의 인공오염 원으로 bovine serum albumin (BSA, Sigma-aldrich)을 사용하였다.

    2.2. 실란 커플링제를 이용한 나노복합막 표면 개질

    상용 나노복합막의 표면개질 과정을 Fig. 2에 나타내 었다. 상용막은 증류수와 무수에탄올로 반복 세척하여 불순물을 제거한 후 사용하였다. 나노복합막의 습윤성 을 향상시키기 위해 5 wt%의 PG 수용액에 30분간 함 침한 후, 10분 동안 건조시켰다. 그 후, 막 표면에 라디 칼을 형성시키기 위해 개시제로 potassium persulfate와 potassium metabisultie를 각 0.05 M 수용액에 30분 동 안 함침시켰다. -OH 라디칼이 형성된 막 표면에 0.1 wt%의 OcTMS 또는 APTMS 수용액에 2분간 코팅시 켜 표면 개질을 진행하였고, 상온에서 10분간 건조시켜 증류수로 세척하여 실란 표면 개질된 나노복합막을 제 조하였다. 각 샘플은 상용막을 NE-70, OcTMS 0.1 wt%로 개질한 막을 NF-OcTMS0.1, APTMS 0.1 wt% 로 개질한 막을 NF-APTMS0.1라 명명하였다.

    2.3. 나노복합막의 표면 분석

    상용막과 개질막의 표면 화학구조 변화를 확인하기 위해 XPS (K-Alpha (Thermo Electron))분석을 진행하 였고, 상용막과 개질막 표면의 모폴로지와 거칠기는 FE-SEM (MERLIN (Carl Zeiss))과 AFM (NanowizardI (JPK Instruments, Berlin)) 분석을 진행하였다. 접촉각 (Phoenix300 (First-ten angstrom, USA))분석을 통해 표 면 친수성 변화를 확인하였다. 또한 막의 표면전하를 확인하기 위해 ELSZ-1000 (Otska electronics, Japan)을 이용하여 분석하였다.

    2.4. 나노복합막 염색 용액 분리 평가 및 내오염성 평가

    나노복합막 성능평가와 염색 용액 분리 및 내오염성 평가 장치 모식도를 Fig. 3에 나타내었다. 나노복합막의 투과 플럭스와 배제율 평가는 공급액으로 2,000 ppm의 NaCl와 MgSO4 수용액을 사용하였고, 공급액의 온도는 25°C로 고정하고, 분리막의 유효 면적은 27.01 cm2, 구 동 압력 75 psi 조건으로 진행하였다. 투과플럭스는 1 시간 이상 안정화 단계를 거친 후, 5분 동안 투과된 양 을 아래의 식 (1)에 대입하여 계산하였다. 용질의 배제 율은 conductivitiy meter (Istek, 460CP)를 사용하여 공 급수(Cf)와 투과수(Cp)의 전기전도도를 측정하고, 아래 의 식 (2)에 대입해 계산하였다.

    내오염성 평가는 인위적으로 막 오염을 일으키기 위 해 BSA 수용액 100 ppm을 feed 탱크에 주입하여 투과 성능 평가를 진행하였다. 초기 투과 성능을 측정한 후, 분리막 표면에 막 오염이 충분히 일어나도록 인공오염 원을 주입하고 2시간 이후에 1시간 간격으로 10시간 동안 투과수량 및 전기전도도를 측정하여 식 (1), (2)를 이용하여 계산하였다.

    W a t e r f l u x = ( p e r m e a t e v o l u m e ( g a l l o n s ) a r e a ( f t 2 ) × t i m e ( d a y ) ) , ( G F D )
    (1)
    S a l t r e j e c t i o ( R ) = ( 1 C p e r m e a t e C f e e d ) × 100 , ( % )
    (2)

    염료 분리 특성을 평가하기 위해 인공 염색 용액으로 10 ppm의 safranin-O와 OrangeII 수용액을 feed에 주입 하여 평가하였다. 염료 성분은 실 염색 공장에서 발생 되는 폐수를 고려하여 제조하였다. Feed 탱크에 염료를 주입하고 1시간의 안정화 단계를 거친 후, 30분 동안 측정하여 투과수량과 염료 제거율을 계산하였다. 이때, 인공 염색 용액는 250 rpm의 속도로 저어주면서 평가 를 진행하였다. 염료 제거 특성은 아래의 식 (3)에 대입 하여 확인하였다.

    R e m o v a l e f f i c i e n c y = C f e e d ( m g / min ) C p e r m e a t e ( m g / min ) C f e e d ( m g / min ) × 100 , ( % )
    (3)

    각 염료의 농도와 몰흡광계수(molar extinction coefficient) 는 염료별 흡광도를 이용하여 Beer-Lambert의 법칙을 활용하는 다음 식 (4)에 의해 계산하였다. 아래 식에서, A는 흡광도(absorbance), ε는 몰흡광계수(molar extinction coefficient), b는 흡수층의 두께, c는 농도를 나타낸다.

    A = b c
    (4)

    3. 결과 및 고찰

    3.1. 개질막의 표면 특성 분석

    3.1.1. XPS를 통한 표면 화학 구조 분석

    OcTMS와 APTMS으로 표면 개질한 막의 화학적 구 조를 확인하고자 XPS 분석을 진행하였다. 실란 개질 유무를 확인하고자 Si, O 원소 분석을 진행하였고, 그 결과를 Figs. 4, 5에 나타내었다. Fig. 4의 Si2p 스펙트 럼에서 실란 표면 개질을 통해 생성된 Si-C, Si-N peak 가 101 eV[9] 전, 후에서 측정되었고, 나노복합막 표면 에 OcTMS, APTMS가 화학적으로 잘 결합되었다는 것 을 확인할 수 있었다. 또한, Fig. 5의 O 원소의 피팅을 통해 OcTMS와 APTMS의 가교결합 여부를 확인할 수 있었고, 개질된 막 모두 530.6 eV에서 amide bond[10] 와 표면 개질에 의해 생성된 Si-O-Si bond[11]가 532.1 eV에서 확인되었다. 이를 통해 OcTMS와 APTMS가 polyamide (PA) 막 표면에 sol-gel condensation 방법으 로 개질하여 폴리실록산 층이 형성된 것을 확인할 수 있었다.

    3.1.2. FE-SEM과 EDX, AFM을 통한 개질막의 표면 구조 분석

    FE-SEM을 이용하여 나노복합막의 모폴로지 변화를 확인하고자 10만 배 확대 분석한 이미지와 막의 표면 원소 분석을 실시한 EDX 결과를 Fig. 6에 나타내었다. NE-70 나노복합막의 표면은 smooth하고 nodular 구조 를 가지고 있으며, 표면 개질한 막 모두 표면에 폴리실 록산이 적층되어도 NE-70 나노복합막과 유사한 모폴로 지를 나타내는 것을 확인할 수 있었다[12]. EDX 분석 결과 표면에서 carbon, oxygen, nitrogen, silicon이 검출 되었다. 개질한 막 (b-1), (c-1)에서 NE-70 나노복합막 에 없는 silicon 원소가 추가로 검출된 것으로 보아 OcTMS와 APTMS가 표면에 coating되어 있음을 확인 할 수 있었다.

    나노복합막 표면의 거칠기를 확인하기 위해 AFM 분 석을 진행하였고, 그 결과를 Fig. 7에 나타내었다. Ra와 Rms 값은 NE-70 < NF-OcTMS0.1 < NF-APTMS0.1 순 으로 상용막 대비 실란 커플링제로 개질한 막의 거칠기 가 약 2배 이상 증가하였다. 실란 커플링제인 OcTMS 와 APTMS가 막 표면의 폴리아마이드와 sol-gel 방법에 의한 그라프팅으로 폴리실록산 층이 형성되어 표면 거 칠기가 증가하였고[13-15], 이는 3.1.1의 XPS 분석과 일치하는 결과임을 알 수 있다. 또한, 표면적과 거칠기 의 증가는 투과 유속과 밀접한 관계가 있으며, 개질 후 의 거칠기 증가는 나노복합막의 투과 플럭스 향상에 영 향을 미칠 것이라 예상하였다[16,17]. 또한, 본 연구에 서는 개질 전 막보다 개질 후 막의 표면 거칠기가 증가 하였지만, 선행 연구되어진 나노복합막에 비하여 거칠 기가 작은 나노복합막을 제조할 수 있었다[17-20].

    3.1.3. 접촉각을 통한 개질막의 친수성 분석

    나노복합막의 표면 친수성 특성을 확인하기 위하여 접촉각 분석을 진행하여 Fig. 8에 나타내었고, NE-70의 접촉각은 30.09 ± 0.08° NF-OcTMS0.1는 51.08 ± 0.51°, NF-APTMS0.1는 24.80 ± 0.12°의 결과를 확인하였다. NF-OcTMS0.1 경우, 나노복합막 표면에 긴 알킬 체인 (n = 8)을 가진 소수성 폴리실록산 OcTMS가 조밀하게 가교되어 결합함으로서 막 표면이 소수화되었고[21], NF-APTMS0.1은 amino 관능기를 가지는 실란 화합물을 표면에 가교시켜 폴리실록산 층의 친수성을 향상시켰 다. 친수성의 증가는 유량과 오염성에 밀접한 관계가 있으며, 염료를 포함한 오염원의 수착 방지 효과에 영 향이 있다[13].

    3.1.4. 제타전위(zeta-potential)를 통한 개질막의 전기적 표면 분석

    실란 커플링제로 개질한 막 표면의 전기적 특성을 확 인하기 위해 제타전위 측정기를 이용하여 측정하여 Table 2에 정리하였고, 이때 pH는 7이며, 전해질 용액 은 1 mM NaCl 수용액을 사용하였다. 그 결과, 실란으 로 개질한 막 모두 상용막에 비해 전기적으로 중성화된 것을 확인할 수 있었다. NE-70 상용막은 계면중합시 생 성되는 카르복실산 그룹으로 인해 음전하를 띠고, 음전하 표면은 막오염에 영향을 미친다고 알려져 있다[13,22]. NE-70의 경우 중성의 pH에서 -56.175 mV 정도로 매우 큰 음이온을 띠는 것을 나타났으며 NF-OcTMS0.1와 NF-APTMS0.1는 -36.035, -17.98 mV로 분리막 표면의 제타전위 절대 값이 작아지는 것을 확인할 수 있었다. NF-OcTMS0.1는 전하를 띠지 않는 OcTMS를 이용하여 개질함으로서 음전하를 줄일 수 있었고, NF-APTMS0.1 는 amine 말단 관능기의 표면 카르복실그룹의 가리움 효과로 음전하를 줄일 수 있었다[23,24]. 분리막의 내오 염성은 전기적으로 중성화될수록, 분리막 표면이 친수 화될수록 증가한다[13].

    3.2. 개질막의 물성 평가

    3.2.1. 내오염성 투과 성능 평가

    염료는 많은 방향족 그룹으로 인해 소수성 성질을 가 지고 있기 때문에[25] 막의 오염성 특성 연구가 중요하 다. 또한, 염색폐수에는 색도제거가 큰 문제도 대두되고 있지만 유기물질도 많이 발생하여 염료 수용액 상에 적 용할 경우 유기물질에 의한 막 오염이 발생하여 막의 내구성이 저하된다[26]. 인위적인 유기오염원인 BSA의 경우 음이온성, 소수성 물질로 소수성기가 물과 접촉하 여 투과속도가 떨어지고 염료와 분리막 이온부분에 이 온결합을 하여 막 오염을 유발하게 된다. 이에 내오염 성 투과 성능 평가를 진행하여 오염성 특성을 확인하였 고, 그 결과를 Fig. 9에 나타내었다. 상용막인 NE-70막 은 초기 투과도 대비 BSA 수용액을 주입하고 10시간 후 약 33%의 감소율을 확인하였고, NF-OcTMS0.1는 감 소율이 22%, NF-APTMS0.1의 감소율은 12%로 표면 개 질한 막의 내오염성이 증가한 것을 확인할 수 있었다. NF-APTMS0.1는 아민 그룹을 함유하는 실란으로 개질 하여 표면 전하의 중성화로 BSA의 나노복합막 표면 수 착을 막아주기 때문에 내오염성이 증가하였다고 사료 된다. 운전 시간에 따른 염제거율 결과, 상용막 대비 실 란 커플링제로 개질한 막들의 값이 BSA 수용액을 투입 한 후 일정 시간이 지나면 염 제거율이 96% 이상으로 수렴된다.

    3.2.2. 표면 개질 막의 인공 염색 용액 분리 평가

    사용된 염료의 분자량은 각각 350 Da이며, 양이온 염료 Safranin-O (Basic Red 2, BR2)와 음이온 염료 Orange II를 사용하였다. 각 염료의 초기 농도는 28.5 μM이고, 최대 흡광도는 Safranin-O의 경우 λmax = 520 nm, Orange II는 λmax = 485 nm이다[27]. 각 파장에서 의 몰흡광계수는 Beer의 법칙에 의해 계산하였고 그 값 은 38697.65, 24207.11 M-1cm-1이다. 염료 분리 평가 결 과를 Fig. 10에 정리하였고, 염료 제거 후 색 변화를 Fig. 11에 나타내었다. Safranin-O 염료의 투과 후 농도 는 NE-70의 경우 0.62 μM, NF-OcTMS0.1는 0.11 μM, NF-APTMS0.1는 0.05 μM로 염료 배제율은 각각 97.9 ± 0.003, 99.6 ± 0.034, 99.8 ± 0.018%이다. Orange II의 투과 후 농도는 NE-70의 경우 12.6 μM, NF-OcTMS0.1 는 1.03 μM, NF-APTMS0.1는 2.8 μM로 각각의 배제율 은 55.8 ± 0.002, 96.4 ± 0.022, 90.1 ± 0.002%이다. 개 질한 막 모두 분자량이 350 Da인 Safranin-O와 Orange II에 대한 배제율이 약 90% 이상이므로 분자량이 350 Da 이상의 염료를 선택적으로 분리할 수 있다. Safranin-O인 양전하를 가진 염료를 사용하여 실험을 진행하였을 때, 모든 막에서 약 98% 이상의 염료 배제 율을 나타내었다. 상용막과 개질 막 모두 음이온을 띠 고 있기 때문에 양이온인 Safranin-O과 정전기적 인력 으로 막 표면에 흡착되어 제거율이 증가하였다[28]. 그 에 비해 음이온 염료인 Orange II 수용액에서 좀 더 낮 은 제거율을 가지는 이유는 음전하를 띠는 막 표면과 음이온 염료 사이의 반데르발스 힘 및 수소 결합 상호 작용 때문이라고 사료된다[28].

    4. 결 론

    NE70막에 말단 관능기가 다른 실란 커플링제 OcTMS, APTMS를 이용해 표면 개질하였다. XPS 분석을 통해 폴리아마이드 막 표면에 실란 커플링제가 화학적으로 결합한 것을 확인하였고, FE-SEM과 EDX를 통해 표면 개질 후에 상용막보다 막 표면이 dense해지고 실란의 응집 없이 분산된 것을 확인하였다.

    막의 내오염성 평가 결과, NF-APTMS0.1의 내오염성이 약 2배 이상 향상된 것을 확인하였다. 이는 표면 개질한 막들의 표면 전하가 상용막보다 중성화되었고, 친수성이 증가했기 때문에다. 막의 염료 분리 평가 결과, Safranin-O 염료 배제율은 NE-70은 97.9 ± 0.003, NF-OcTMS0.1는 99.6 ± 0.034, NF-APTMS0.1는 99.8 ± 0.018이고, Orange II 염료 배제율의 경우 NE-70은 55.8 ± 0.002, NF-OcTMS0.1 는 96.4 ± 0.022, NF-APTMS0.1는 90.1 ± 0.002의 제거 효율을 보였다. 이는 분리막 표면의 음전하로 Safranin-O 의 양전하가 정전기적 인력에 의해 염료가 흡착되어 음 전하를 가진 Orange II의 염료 제거율보다 높은 것을 확인할 수 있었다.

    감 사

    This work was supported by the industrial fundamental technology development program (10050503, Development of acid/heat resistant membrane material and recovery system for rare metal reclamation from smelting processes) funded By the Ministry of Trade, industry & Energy (MOTIE, KOREA).

    Figures

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F1.gif

    Chemical structure of silane coupling agetnt; (a) OcTMS, (b) APTMS and dyes; (c) Safranin-O, (d) Orange II (acid orange 7).

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F2.gif

    A schematic diagram of surface modification procedure.

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F3.gif

    A schematic diagrams of membrane performance apparatus.

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F4.gif

    The Si2p curve fitting of XPS analysis of commercial and modified membrane: (a) NE-70, (b) NF-OcTMS0.1 and (c) NF-APTMS0.1.

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F5.gif

    The O1s curve fitting of XPS analysis of commercial and modified membrane: (a) NF-OcTMS0.1, and (b) NF-APTMS0.1.

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F6.gif

    FE-SEM and EDX images of NF membrane: (a), (a-1) NE-70, (b), (b-1) NF-OcTMS0.1, and (c), (c-1) NF-APTMS0.1.

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F7.gif

    AFM 3D images of NF membrane: (a) NE-70, (b) NF-OcTMS0.1, and (c) NF-APTMS0.1.

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F8.gif

    Contact angle images of membrane: (a) NE-70, (b) NF-OcTMS0.1, and (c) NF-APTMS0.1.

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F9.gif

    The fouling resistance test of NE-70, OcTMS0.1, and APTMS0.1; (a) flux, and (b) salt rejection.

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F10.gif

    The flux and rejection of dye; (a) Safranin-O and (b) Orange II.

    MEMBRANE_JOURNAL-28-414_F11.gif

    Photograph of the dyes before and after filtration (a) Safranin-O and (b) Orange II.

    Tables

    The Specification of NE4040-70 Membrane

    The Zeta Potential Result of NF Membranes

    References

    1. E. Forgacs, T. Cserhati, and G. Oros, “Removal of synthetic dyes from waste water: A review”, Environ. Int., 30, 953 (2004).
    2. C. M. Caliell, S. J. Barclay, and C. A. Buckley, “Treatment of exhausted reactive dye bath effluent using anaerobic digestion: Laboratory and full scale trials”, Wat. Res., 22, 225 (1996).
    3. T. Robinson, G. McMullan, R. Marchant, and P. Nigam, “Remediation of dyes in textile effluent: A critical review on current treatment technologies with a proposed alternative”, Biores Technol., 77, 247 (2001).
    4. I. H. Choi, S. M. Lee, I. C. Kim, B. R. Min, and K. H. Lee, “Effect of new photocatalytic coagulant on NF membrane fouling”, Ind. Eng. Chem. Res., 46, 2280 (2007).
    5. Y. G. Kim, Y. T. Lee, and N. W. Kim, “Interpretation of permeation characteristics and membrane transport models through polyamide reverse osmosis membrane”, Membr. J., 14, 75 (2004).
    6. M. Kurihara, T. Uemura, Y. Himeshima, K. Ueno, and R. Bairinji, “Development of crosslinked aromatic polyamide composite reverse osmosis membrane”, J. Chem. Soc. Jpn., 2, 97 (1994)
    7. S. Y. Lee, J. W. Cho, and M Elimelech, “Combined influence of natural organic matter (NOM) and colloidal particles on nanofiltration membrane fouling”, J. Membr. Sci., 262, 27 (2005).
    8. D. H. Shin, N. W. Kim, and Y. T. Lee, “Modification to the polyamide TFC RO membranes for improvement of chlorine-resistance”, J. Membr. Sci., 376, 302 (2011).
    9. H. S. Medeiros, R. S. Pessoa, J. C. Sagas, M. A. Fraga, L. V. Santos, H. S. Maciel, M. Massi, A. S. da Silva Sobrinho, and M. E. H. Maia da Costa, “Effect of nitrogen content in amorphous SiCxNyOz thin films deposited by low temperature reactive magnetron co-sputtering technique”, Surface and Coatings Technology, 206, 1787 (2011).
    10. V. Freger, “Nanoscale heterogeneity of polyamide membranes formed by interfacial polymerization”, Langmuir, 19, 4791 (2003).
    11. H. Wong, H. Iwal, K. Kakushima, B. I. Tang, and P. K. Chu, “XPS study of the bonding properties of lanthanum oxide/silicon interface with a trace amount of nitrogen incorporation“, Journal of the Electrochemical Society, 157, G49 (2010).
    12. R. W. Baker, “Membrane technology and application, 2nd edition, A John Wiley & Sons, California (2004).
    13. N. W. Kim, “Preparation and characteristics of fouling resistant nanofiltration membranes”, Membr. J., 17, 44 (2007).
    14. S. Kwon and Y. T. Lee “Improvement of fouling resistance with reverse rsmosis membrane using multi-layer silane-Epoxy surface modification”, Membr. J., 25, 332 (2015).
    15. H. M. Park, W. Y. Yang, and Y. T. Lee, “Characterization of reverse osmosis membrane surface modified by silane-epoxy using UV”, Membr. J., 28, 169 (2018).
    16. M. Hirose, H. Ito, and Y. Kamiyama, “Effect of skin layer surface structures on the flux behaviour of RO membranes”, J. Membr. Sci., 121, 209 (1996).
    17. N. Kim, D. H. Shin, and Y. T. Lee, “Effect of silane coupling agents on the performance of RO membranes”, J. Membr. Sci., 300, 224 (2007).
    18. K. Boussu, B. Van der Bruggen, A. Volodin, J. Snauwaert, C. Van Haesendonck, and C. Vandecasteele, “Roughness and hydrophobicity studies of nanofiltration membranes using different modes of AFM, Journal Colloid and Interface Science, 286, 632 (2005).
    19. M. Safarpour, V. Vatanpour, A. Khataee, and M. Esmaeili, “Development of a novel high flux and fouling-resistant thin film composite nanofiltration membrane by embedding reduced graphene oxide/ TiO2”, Separation and Purificcation Technology, 154, 96 (2015).
    20. C. Hobbs, S. Hong, and J. Taylor, “Effect of surface roughness on fouling of RO and NF membranes during filtration of a high organic surficial groundwater”, Journal of Water Supply: Research and Technology-Aqua, 55, 559 (2006).
    21. K. J. Jothi and K. Palanivelu, “Synergistic effect of silane modified nanocomposites for active corrosion protection”, Ceram. Int., 39, 7619 (2013).
    22. R. Zhang, S. Tu, W. Shi, X. Wang. J. Cheng, Z. Zhang, L. Li, X. Bao, and B. Zhang, “Surface modification of piperazine-based nanofiltration membranes with serinol for enhanced antifouling properties in polymer flooding produced water treatment”, RSC Adv., 7, 48904 (2017).
    23. R. J. Hunter, “Zeta potential in colloid science: Pprinciples and applications”, Academic Press, London (1981).
    24. G. S. Cho, D. H. Lee, H. M. Lim, S. H. Lee, C. Y. Kim, and D. S. Kim, “Characterization of surface charge and zeta potential of colloidal silica prepared by various methods”, Korean J. Chem. Eng., 31, 2088 (2014).
    25. T. Puspasari and K.-V. Peinemann, “Application of thin film cellulose composite membrane for dye wastewater reuse”, Journal of Water Process Engineering, 13, 176 (2016).
    26. J. Yang, C. Park, B. Lee, and S. Kim, “Textile wastewater treatment by MF-UF cobined membrane filtration”, Clean Technology, 12, 151 (2006).
    27. G. S. Cho, D. H. Lee, H. M. Lim, D. S. Kim, and S. H. Lee, “Relationship between the adsorption of dye and the surface charge density of silica sol”, Textile Coloration and Finishing, 26, 297 (2014).
    28. N. Liu, Q. Zhang, R. Qu, W. Zhang, H. Li, T. Wei, and L. Feng, “Nanocomposite deposited membrane for oil-in water emulsion separation with in situ removal of anionic dyes and surfactants”,Langmuir, 33, 7380 (2017).