Reverse osmosis membrane surface modification: effects on membrane performance

The aim of this thesis was to study the surface modification of reverse osmosis membranes by surfactants and the effect of modification on rejection and flux. The surfactants included anionic and nonionic surfactants. The purpose of membrane modification was to improve pure water permeability with increasing salt rejection. The literature part of the study deals with the basic principles of reverse osmosis technology and factors affecting the membrane performance. Also the membrane surface modification by surfactants and their influence on membrane’s surface properties and efficiency (permeability and salt rejection) were discussed. In the experimental part of the thesis two thin-film composite membranes, Desal AG and LE-4040, were modified on-line with three different surfactants. The effects of process parameters (pressure, pH, and surfactant concentration) on surface modification were also examined. The characteristics of the modified membranes were determined by measuring the membranes’ contact angle and zeta potentials. The zeta potential and contact angle measurements indicate that the surfactants were adsorbed onto the both membranes. However, the adsorption did not effect on membrane’s pure water permeability and salt rejection. Thereby, the surface modification of the Desal AG and LE-4040 membranes by surfactants was not able to improve the membrane’s performance.

Työn tarkoituksena oli tutkia käänteisosmoosikalvojen pinnan modifiointia pinta-aktiivisuusaineilla ja modifioinnin vaikutusta vuohon ja retentioon. Käytetyt pinta-aktiivisuusaineet olivat anionisia ja nonionisia. Kalvon modifioinnin tarkoituksena oli parantaa puhtaan veden permeabiliteettia kasvattaen samalla suolan pidätystä. Kirjallisuusosa käsitteli käänteisosmoosi-tekniikan perusteita ja tekijöitä, jotka vaikuttavat kalvojen suorituskykyyn. Myös pinnan modifiointia pinta-aktiivisuusaineilla ja niiden vaikutuksia kalvopinnan ominaisuuksiin ja tehokkuuteen (permeabiliteetti ja suolan pidätys) käsiteltiin. Työn kokeellisessa osassa kahta ohutkomposiittikalvoa, Desal AG ja LE-4040, modifioitiin online-mittauksena kolmella pinta-aktiivisuusaineella. Prosessiparametrien (paine, pH ja pinta-aktiivisuusainepitoisuus) vaikutuksia pinnan modifiointiin myös tutkittiin. Modifioitujen kalvojen ominaisuuksia määritettiin kontaktikulma- ja zeta-potentiaali mittauksilla. Zeta-potentiaali- ja kontaktikulmamittaukset osoittivat, että pinta-aktiivisuusaineet adsorboituivat molempien kalvojen pinnalle. Pinta-aktiivisuusaineiden kiinnittyminen ei kuitenkaan vaikuttanut kalvojen permeabiliteettiin ja suolan pidätykseen. Täten Desal AG- ja LE-4040-kalvojen pinnan modifioinnilla ei onnistuttu parantamaan kalvojen suorituskykyä.