Визначення особливостей механічних та фізико-хімічних характеристик поліефірсульфонових мембран з використанням методу електричного поля для фільтрації води

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.339703

Ключові слова:

хімічна стійкість, електричне поле, механічні властивості, фізико-хімічні характеристики, фільтрація води

Анотація

В якості об'єкта дослідження в цій роботі було обрано поліетерсульфонові (ПЕС) мембрани, підготовлені за допомогою електричного поля, з метою вирішення питань одночасного контролю морфології мембран, механічних властивостей та водопроникності за допомогою простого та екологічно чистого методу фільтрації. Було виготовлено три ПЕС мембрани, позначені як MP1 (25% ПЕС), MP2 (30% ПЕС) та MP3 (35% ПЕС). Результати показали, що електричне поле може бути використане як практичний метод для проектування бажаної структури та характеристик мембрани, спостереження скануючою електронною мікроскопією (СЕМ) показують середні розміри пор 0,062–0,095 мкм, зображення атомною силовою мікроскопією (АСМ) показали, що MP1 має шорстку поверхню з більшими порами, а MP3 має гладшу поверхню з дрібнішими порами. Результати випробувань на розтяг також показали, що механічні властивості MP явно посилюються при додаванні ПЕС, і всі показники міцності на розтяг монотонно зростають зі збільшенням концентрації ПЕС, де MP3 мав найкращу максимальну міцність на розтяг (5,64907407 МПа). Спектри Фурье-трансформаційної інфрачервоної спектроскопії узгоджувалися з характерними функціональними групами ПЕС, Рентгенівська дифракція показала загальну аморфну природу та деякий напівкристалічний порядок, що розвивався переважно вздовж вертикального напрямку до поверхні носія з концентрацією в межах мембран, багатих на ПЕС. Ці результати пояснюють зареєстроване зниження продуктивності фільтрації, MP1 представлений у NWP з найкращою проникністю (4.2012164 лм⁻2·г⁻1). бар⁻1; MP3 мав кращу механічну стабільність на шкоду потоку. Усі результати випробувань продемонстрували, як мембрани можна адаптувати для максимізації проникності (MP1) або механічної міцності та селективності (MP3), що дозволяє використовувати їх як матеріали для прямої фільтрації води та як носій для вдосконалених композитних мембранних систем.

Біографії авторів

Aneka Firdaus, Universitas Sriwijaya

Master of Engineering, Lecturer, Doctoral of Engineering Science, Doctoral Student

Department of Mechanical Engineering

Rahma Dani, Universitas Sriwijaya

Master of Physics Education, Master Student

Department of Physics Education

Muhammad Satya Putra Gantada, Universitas Sriwijaya

Master of Engineering, Master Student

Department of Mechanical Engineering

Ahmad Fauzi Ismail, Universiti Teknologi Malaysia

Doctor of Philosophy (PhD), Professor

Advanced Membrane Technology Research Centre (AMTEC)

Nukman Nukman, Universitas Sriwijaya

Doctor of Engineering, Professor

Department of Mechanical Engineering

Irwin Bizzy, Universitas Sriwijaya

Doctor of Engineering, Professor

Department of Mechanical Engineering

Agung Mataram, Universitas Sriwijaya

Doctor of Philosophy (PhD), Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Sriyanti, I., Dani, R., Almafie, M. R., Partan, R. U., Ap Idjan, M. K. N., Marlina, L. (2024). Optimization of diameter and mechanical properties of Polyacrylonitrile/ Polyvinylidene fluoride/ Graphene oxide coconut shell composite nanofiber mats with using response surface methodology. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 10, 101030. https://doi.org/10.1016/j.cscee.2024.101030
  2. Sriyanti, I., Almafie, M. R., Nuha Ap Idjan, M. K., Dani, R., Solihah, I., Syafri, E. et al. (2025). Electrospun nanofiber membrane of Piper beetle loaded PVDF/PAN for medical mask applications: psychochemical characteristics, antibacterial and air filter test. Advanced Membranes, 5, 100149. https://doi.org/10.1016/j.advmem.2025.100149
  3. Idjan, M. K. N. A., Fatmawati, Almafie, M. R., Dani, R., Subandrate, Fudholi, A., Sriyanti, I. (2025). Physicochemical properties and antioxidant activity of PVP/CA membranes nanofiber loaded Arcangelisia flava L. Merr. stem extract using electrospinning technique. Next Materials, 8, 100839. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2025.100839
  4. Almafie, M. R., Fudholi, A., Dani, R., Idjan, M. K. N. A., Royani, I., Sriyanti, I. (2025). Effects of electrospinning parameters on polycaprolactone membrane diameter: An investigation utilizing central composite design and characterization. Results in Engineering, 25, 104002. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.104002
  5. Jauhari, J., Almafie, M. R., Annisa, M., Mataram, A., Marlina, L., Idjan, M. K. N. A., Sriyanti, I. (2021). The morphology and scaling law model of polyvinylidene fluoride/carbon fiber using electrospinning technique. Journal of Physics: Conference Series, 1796 (1), 012076. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1796/1/012076
  6. Mataram, A., Firdaus, A., Yanis, M., Dani, R., Nasir, S., Ismail, A. F., Othman, M. H. D. (2024). Synthesis of polyethersulfone/titanium dioxide membranes: analysis of morphology, mechanical properties, and water filtration performance. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (6 (132)), 16–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.316523
  7. Nasution, M. S., Mataram, A., Yani, I., Septano, G. D. (2022). Characteristics of a PVDF–Tin Dioxide Membrane Assisted by Electric Field Treatment. Membranes, 12 (8), 772. https://doi.org/10.3390/membranes12080772
  8. Firdaus, A., Nasir, S., Dani, R., Prasatya, I. N., Ismail, A. F., Othman, M. H. D., Mataram, A. (2024). Synthesis of polyethersulfone membranes with the addition of silver nitrate for water filter applications. EUREKA: Physics and Engineering, 1, 121–131. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2025.003394
  9. Ngoma, M. M., Mathaba, M., Moothi, K. (2021). Effect of carbon nanotubes loading and pressure on the performance of a polyethersulfone (PES)/carbon nanotubes (CNT) membrane. Scientific Reports, 11 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-021-03042-z
  10. Malatjie, K. I., Moutloali, R. M., Mishra, A. K., Mishra, S. B., Nxumalo, E. N. (2024). Photodegradation of imidacloprid insecticide using polyethersulfone membranes modified with iron doped cerium oxide. Journal of Applied Polymer Science, 141 (16). https://doi.org/10.1002/app.55255
  11. Barzegar, H., Shahsavarifar, S., Vatanpour, V., Masteri‐Farahani, M. (2021). Peroxopolyoxometalate nanoparticles blended PES membrane with improved hydrophilicity, anti‐fouling, permeability, and dye separation properties. Journal of Applied Polymer Science, 138 (31). https://doi.org/10.1002/app.50764
  12. Machodi, M. J., Daramola, M. O. (2020). Synthesis of PES and PES/chitosan membranes for synthetic acid mine drainage treatment. Water SA, 46 (1). https://doi.org/10.17159/wsa/2020.v46.i1.7891
  13. Ashori, A., Rafieyan, F., Kian, F., Jonoobi, M., Rezaei Tavabe, K. (2018). Effect of cellulose nanocrystals on performance of polyethersulfone nanocomposite membranes using electrospinning technique. Polymer Composites, 40 (S1). https://doi.org/10.1002/pc.25046
  14. Gohari, B., Abu-Zahra, N. (2018). Polyethersulfone Membranes Prepared with 3-Aminopropyltriethoxysilane Modified Alumina Nanoparticles for Cu(II) Removal from Water. ACS Omega, 3 (8), 10154–10162. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b01024
  15. Elsayed, R., Teow, Y. H. (2024). Advanced functional polymer materials for biomedical applications. Journal of Applied Polymer Science, 142 (3). https://doi.org/10.1002/app.56391
  16. Rothermund, M. A., Koehler, S. J., Vaissier Welborn, V. (2024). Electric Fields in Polymeric Systems. Chemical Reviews, 124 (23), 13331–13369. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.4c00490
  17. Zhang, M., Hadi, M. K., Guo, D., Yao, T., Ran, F. (2024). Polyethersulfone mixed matrix membrane with abundant sponge pores for high‐separation performance with high flux retention and cycling stability. Journal of Applied Polymer Science, 141 (38). https://doi.org/10.1002/app.55979
  18. Grylewicz, A., Szymański, K., Darowna, D., Mozia, S. (2021). Influence of Polymer Solvents on the Properties of Halloysite-Modified Polyethersulfone Membranes Prepared by Wet Phase Inversion. Molecules, 26 (9), 2768. https://doi.org/10.3390/molecules26092768
  19. Sałacińska, A., Sienkiewicz, P., Szymański, K., Mozia, S. (2024). Polyethersulfone mixed matrix membranes modified with pore formers and Ag-titanate nanotubes: physicochemical characteristics and (bio)fouling study. Environmental Science and Pollution Research, 31 (55), 63876–63894. https://doi.org/10.1007/s11356-024-35461-6
  20. Ibrahim, Y., Hilal, N. (2024). Integration of Porous and Permeable Poly(ether sulfone) Feed Spacer onto Membrane Surfaces via Direct 3D Printing. ACS Applied Engineering Materials, 2 (4), 1094–1109. https://doi.org/10.1021/acsaenm.4c00086
  21. Huang, J., Tang, J., Zhang, J., Yang, L., Zhang, M. (2024). Waste mask supported PES membranes for efficient separation of oil/water emulsion. Polymer Engineering & Science, 64 (8), 3522–3529. https://doi.org/10.1002/pen.26777
  22. Butt, A. S., Qaiser, A. A., Abid, N., Mahmood, U. (2022). Novel polyaniline–polyethersulfone nanofiltration membranes: effect of in situ polymerization time on structure and desalination performance. RSC Advances, 12 (52), 33889–33898. https://doi.org/10.1039/d2ra05735b
  23. Güneş-Durak, S., Acarer-Arat, S., Tüfekci, M., Pir, İ., Üstkaya, Z., Öz, N., Tüfekci, N. (2024). Mechanical Enhancement and Water Treatment Efficiency of Nanocomposite PES Membranes: A Study on Akçay Dam Water Filtration Application. ACS Omega, 9 (29), 31556–31568. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c01410
  24. Aumeier, B. M., Vollmer, F., Lenfers, S., Yüce, S., Wessling, M. (2021). Polymeric Membranes With Sufficient Thermo‐Mechanical Stability to Deploy Temperature Enhanced Backwash. Chemie Ingenieur Technik, 93 (9), 1417–1422. https://doi.org/10.1002/cite.202100020
  25. Matebese, F., Malomane, N., Motloutsi, M. L., Moutloali, R. M., Managa, M. (2025). Porphyrin-Modified Polyethersulfone Ultrafiltration Membranes for Enhanced Bacterial Inactivation and Filtration Performance. Membranes, 15 (8), 239. https://doi.org/10.3390/membranes15080239
  26. Khoerunnisa, F., Sihombing, M., Nurhayati, M., Dara, F., Triadi, H. A., Nasir, M. et al. (2022). Poly(ether sulfone)-based ultrafiltration membranes using chitosan/ammonium chloride to enhance permeability and antifouling properties. Polymer Journal, 54 (4), 525–537. https://doi.org/10.1038/s41428-021-00607-7
  27. Meng, N., Mi, J., Chen, X., Liu, J., Zhu, H., Zheng, X. (2025). Preparation of Highly Antibacterial Polyethersulfone/Sulfonated Polyethersulfone Blend Composite Membrane and Research on Its Dye Separation Performance. Molecules, 30 (4), 781. https://doi.org/10.3390/molecules30040781
  28. Abu-Zurayk, R., Alnairat, N., Waleed, H., Khalaf, A., Abu-Dalo, D., Bozeya, A., Afaneh, R. (2025). Dual-Mode Integration of a Composite Nanoparticle in PES Membranes: Enhanced Performance and Photocatalytic Potential. Nanomaterials, 15 (14), 1055. https://doi.org/10.3390/nano15141055
  29. Ambarita, A. C., Mulyati, S., Arahman, N., Bilad, M. R., Shamsuddin, N., Ismail, N. M. (2021). Improvement of Properties and Performances of Polyethersulfone Ultrafiltration Membrane by Blending with Bio-Based Dragonbloodin Resin. Polymers, 13 (24), 4436. https://doi.org/10.3390/polym13244436
  30. Dani, R., Ismet, I., Marlina, L., Alisya, R., Aldi, M. A. K., Ludiansyah, A. et al. (2024). Synthesis of Activated Carbon from Coconut Shell and Recycled Styrofoam Nanofiber for Water Filtration. Makara Journal of Science, 28 (4), 357–369. https://doi.org/10.7454/mss.v28i4.2284
Визначення особливостей механічних та фізико-хімічних характеристик поліефірсульфонових мембран з використанням методу електричного поля для фільтрації води

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-30

Як цитувати

Firdaus, A., Dani, R., Gantada, M. S. P., Ismail, A. F., Nukman, N., Bizzy, I., & Mataram, A. (2025). Визначення особливостей механічних та фізико-хімічних характеристик поліефірсульфонових мембран з використанням методу електричного поля для фільтрації води. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (138), 14–27. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.339703

Номер

Том 6 № 6 (138) (2025): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Aneka Firdaus, Rahma Dani, Muhammad Satya Putra Gantada, Ahmad Fauzi Ismail, Nukman Nukman, Irwin Bizzy, Agung Mataram

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.