Efficiency of L-DOPA+TiO2 modified RO membrane on salinity gradient energy generation by pressure retarded osmosis
Nuray Ates1, Seda Saki2, Murat Gokcek3, Nigmet Uzal21Erciyes University2Abdullah Gul University
3Nigde Omer Halisdemir University
Harvesting energy from the salinity gradient of seawater and river water using pressure retarded osmosis (PRO) has been a major research topic of recent years. However, because the performance of existing membranes on the market is poor, there is a need for effective PRO membranes with high power density and pressure resistance. In this study, specific energy potential of PRO process using L-DOPA+TiO2 modified BW30-LE membrane was evaluated on synthetic and real water samples. Polyamide BW30-LE RO membrane was modified by L-DOPA, L-DOPA+0.5 wt% TiO2 and L-DOPA+1 wt% TiO2. The effect of hydraulic pressure and temperature on power densi-ty were evaluated for 5, 10, and 15 bar pressures, as well as 10 °C, 20 °C, and 30 °C degrees. The incorporation of TiO2 nanoparticles with L-DOPA increased the water flux by in-creasing the surface hydrophilicity and roughness of the membrane surface. The maximum specific power was ob-served as 1.6 W/m2 for L-DOPA+1 wt% TiO2 modified BW30-LE membrane at 15 bar pressure. Besides, Mediterranean and Aegean, Black Sea water samples were used as draw solution and Seyhan, Ceyhan, Buyuk Menderes, Gediz, Yesilirmak, and Kizilirmak Rivers were used as feed solution. The highest osmotic power density was obtained by using BW30-LE/L-DOPA+1 wt% TiO2 membrane with Ceyhan River as feed and Mediterranean Sea water as draw solution, which have the highest differences in salinity. In the mixture of Mediterranean and Ceyhan River, the highest power density was obtained at 10 bar pressure at 30 ± 5°C with 0.70 W/m2.
Keywords: L-DOPA, polyamide membrane, pressure retarded osmosis, salinity gradient power, surface modificationL-DOPA+TiO2 modifiye ters ozmoz membranının basınç gecikmeli osmoz ile tuzluluk gradyanı enerji üretimi üzerindeki verimliliği
Nuray Ates1, Seda Saki2, Murat Gokcek3, Nigmet Uzal21Erciyes Üniversitesi2Abdullah Gül Üniversitesi
3Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi
Basınç geciktirmeli osmoz (PRO) kullanarak deniz suyu ve nehir suyunun tuzluluk gradyanından enerji elde etmek son yıllarda önemli bir araştırma konusu olmuştur. Ancak, piyasa-daki mevcut membranların performansı düşük olduğundan, yüksek güç yoğunluğuna ve basınç direncine sahip etkili PRO membranlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, sentetik ve gerçek su numuneleri kullanılarak L-DOPA+TiO2 modifiye BW30-LE membranlar ile PRO prosesinin özgül enerji potansiyeli değerlendirilmiştir. Polyamid BW30-LE RO mem-branı, L-DOPA, L-DOPA+ağırlıkça %0.5 Ti02 ve L-DOPA+ağırlıkça %1 Ti02 ile modifiye edilmiştir. Hidrolik basınç ve sıcaklığın güç yoğunluğu üzerindeki etkisi 5, 10 ve 15 bar basınçları ile 10 °C, 20 °C ve 30 °C dereceleri için değer-lendirilmiştir. TiO2 nanoparçacıklarının L-DOPA ile birleştirilmesi, yüzey hidrofilikliğini ve membran yüzeyinin pürüzlülüğünü artırarak su akışını arttırmıştır. L-DOPA+ağırlıkça %1 TiO2 ile modifiye edilmiş BW30-LE mem-bran için 15 bar basınçta maksimum özgül güç 1,6 W/m2 olarak gözlendi. Ayrıca, çekme çözeltisi olarak Akdeniz ve Ege, Karadeniz su örnekleri, besleme çözeltisi olarak Seyhan, Ceyhan, Büyük Menderes, Gediz, Yeşilırmak ve Kızılırmak nehirleri kullanılmıştır. En yüksek ozmotik güç yoğunluğu, BW30-LE/L-DOPA+ağırlıkça %1 TiO2 membranı ile tuzluluk farklılıkları en yüksek olan besleme çözeltisi olan Ceyhan Nehri ve çekme çözeltisi olan Akdeniz suyu kullanılarak elde edilmiştir. Akdeniz ve Ceyhan Nehri karışımında en yüksek güç yoğunluğu 10 bar basınçta 30 ± 5°C'de 0,70 W/m2 ile elde edilmiştir.
Anahtar Kelimeler: L-DOPA, poliamid membran, basınç geciktirmeli osmoz, tuzlu-luk gradyan enerjisi, yüzey modifikasyonuManuscript Language: English