Fabrication of Metal Organic Framework Composite Polymeric Membranes for Seawater Desalination via Pressure-Assisted Osmosis

تعد ندرة الموارد المائية في دول مجلس التعاون الخليجي، فضلاً عن الفجوة المتزايدة بين العرض والطلب، تحديًا إنمائيًا رئيسيًا. مناخ دول مجلس التعاون الخليجي بما في ذلك الكويت جاف للغاية، مع قلة هطول الأمطار، ومعدلات التبخر الكبيرة، وموارد المياه الجوفية غير المتجددة المحدودة. تحلية المياه باستخدام الأغشية هي واحدة من أكثر التقنيات المستخدمة على نطاق واسع لضمان استدامة المياه العذبة مع انخفاض كبير في الطاقة. ظهرت في الآونة الأخيرة، تقنية التناضح المدعمة بالضغط الهيدروليكي باعتبارها تقنية عالية الكفاءة مقارنة بتقنيات تحلية المياه التقليدية. تعد تقنية التناضح مدعمة بالضغط الهيدروليكي نسخة معدلة من عملية التناضح المباشر التي تم تطويرها بهدف الحد من المشاكل الفنية الرئيسية المتمثلة في الانسدادات والتسرب الملحي العكسي الذي يتم مواجهته بشدة أثناء عمليات التناضح المباشر. تفتقر تقنية التناضح المدعمة بالضغط الهيدروليكي إلى أغشية ذات خصائص محددة، وإلى يومنا هذا يتم اختبار هذا النظام باستخدام أغشية التناضح المباشر. تختلف متطلبات أغشية التناضح المدعمة بالضغط الهيدروليكي عن غشاء التناضح المباشر لأنها بحاجة إلى مسامية أعلى قليلاً مع قوة ميكانيكية كافية للتغلب على الضغط المستخدم. أظهرت المسامات للإطار العضوي المعدني (MOF) كمواد مالئة لتوليف الغشاء إمكانات كبيرة لتوليد قنوات جديدة لنقل المياه والانتقائية العالية وتقليل الانسدادات. وعليه يهدف هذا المشروع إلى تصنيع أغشية قائمة على المسامات العضوية المعدنية بخصائص محددة لتحلية المياه بواسطة التناضح المدعمة بالضغط الهيدروليكي. ستتم مقارنة بيانات الأداء على أغشية التناضح المدعمة بالضغط الهيدروليكي مع أغشية التناضح المباشر المتاحة تجاريًا وسيتم إجراء توصيف مفصل للغشاء. وتستغرق مدة هذا المشروع 24 شهراً بميزانية إجمالية قدرها 93,942 د.ك.

The scarcity of water resources in the gulf corporation council (GCC) countries, as well as the increased gap between demand and supply, is a major development challenge. Climate of the GCC countries including Kuwait is extremely arid, with little rainfall, significant evaporation rates, and limited non-renewable groundwater resources. Membrane-based desalination is one of the most widely used technologies to ensure the sustainability of freshwater with a significant reduction in energy. Recently, pressure-assisted osmosis (PAO) technology has been emerging as highly efficient, compared to conventional water desalination techniques. PAO is considered as a modified version of the forward osmosis (FO) process, developed with the aim of reducing the major technical issues of fouling and reverse salt leakage, severely encountered during the FO operations. The emerging PAO technology is lacking of membranes with specific characteristics and to this point, FO membranes have been investigated in the PAO system. The requirements of PAO membranes differ from the FO membrane; as it needs a slightly higher porous with sufficient mechanical strength to overcome the applied pressure. The porous metal-organic framework (MOF) as a filler for the membrane synthesis has demonstrated a great potential to generate new channels for water transport, high selectivity, and reduced fouling propensity. Accordingly, this project is aimed at fabricating the MOF-based membranes with specific characteristics for water desalination by PAO. The performance data on PAO membranes will be compared to the commercially available FO membranes, and a detailed membrane characterization will be performed. This project duration is 24 mo with a total budget of KD 93,942.