Membrane development for oil contaminated water treatments

The aim of this Master’s thesis study was to develop a membrane for oil contaminated water treatments. Oily wastewaters are a big problem to environment and therefore it is important to find an efficient method for their treatment. There are several treatment methods, but one of the most promising methods is membrane filtration. In the theoretical part of this study the membrane technology and polymeric membrane preparation with phase inversion and membrane modification methods was discussed. It was also told about the most important properties of the membranes. Oily waters, their treatment methods and oily wastewater sources were discussed more specifically. In the experimental part membranes from cellulose acetate were prepared and membranes were modified with two different methods. Modification methods were surface modification and polymer mixing. The modification purpose was to make membranes more hydrophilic and increase surface charge, which can reduce fouling. Membranes were characterized by determining zeta potential, contact angle, oil retention, pure water permeability, pressure-normalized flux and fouling. It were used both synthetic and real spent oil-water emulsion in membrane filtration. Surface modification resulted membranes, which had better properties than unmodified membrane. The amount of substance used in surface modification affected a lot to membrane properties, so it would be necessary to try different amounts of substance to develop the best membrane for oil-water emulsion treatment.

Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää membraani, joka soveltuu öljyisten vesien käsittelyyn. Öljyiset vedet ovat iso ympäristöongelma ja siksi niiden käsittelyyn olisi löydettävä tehokas menetelmä. Käsittelymenetelmiä on useita, mutta yksi lupaavimmista käsittelymenetelmistä on membraanisuodatus. Kirjallisessa osassa käytiin läpi membraanitekniikkaa ja polymeeristen membraanien valmistusta faasi-inversiolla sekä membraanien muokkausmenetelmiä. Työssä käytiin läpi myös membraanien tärkeimpiä ominaisuuksia. Öljyisistä vesistä, niiden käsittelymenetelmistä ja käyttökohteista kerrottiin tarkemmin. Kokeellisessa osassa valmistettiin membraaneja selluloosa-asetaatista sekä muokattiin membraaneja kahdella eri tavalla. Muokkausmenetelmät olivat pinnan muokkaus sekä polymeerien sekoitus. Muokkauksella oli tarkoitus saada membraaneista hydrofiilisempiä sekä saada niille suurempi pinnan varaus, jotka voisivat vähentää membraanien likaantumista. Membraaneita karakterisoitiin määrittämällä niille zeta -potentiaali, kontaktikulma, öljyretentio, puhtaan veden permeabiliteetti, paine-normalisoitu vuo ja likaantuminen. Suodatukseen käytettiin sekä synteettistä öljy-vesi emulsiota, että oikeaa käytettyä öljy-vesi emulsiota. Pinnan muokkauksella saatiin aikaiseksi membraani, jolla oli paremmat ominaisuudet kuin käsittelemättömällä membraanilla. Pinnan muokkauksessa käytetyn aineen määrä vaikuttaa kuitenkin paljon ominaisuuksiin, joten eri määrien kokeileminen olisi tarpeen parhaan membraanin kehittämiseksi öljy-vesi emulsioiden käsittelyyn.