Theoretical Investigation of Nanofillers Effect on the Elastic Modulus and Relative Water Flux of Reverse Osmosis Membranes
الباحث(ون):
Suad A. Khamaj
Zahrah K. Rahoumah
Afaf A. Arabeeb
المؤسسة:
Department of Physics, Faculty of Science, University of Zawia, Zawia, Libya
المجال:
العلوم العامة: الرياضيات و الاحصاء و الفيزياء
منشور في:
العدد التاسع والثلاثون - يوليو 2026
الملخص
تتناول هذه الدراسة نظريًا تأثير إضافة الحشوات النانوية في السلوك الميكانيكي والتدفق النسبي للماء لأغشية التناضح العكسي (RO) المستخدمة في تحلية مياه البحر. واستُخدم نموذج Halpin–Tsai لتقدير معامل المرونة الفعّال للأغشية المدعمة بالحشوات النانوية بدلالة نوع الحشو، وكسره الحجمي، ومعامل الشكل الهندسي للحشو. وشملت الدراسة ثلاثة أنواع من الحشوات النانوية، هي: أكسيد الجرافين (GO)، وثاني أكسيد السيليكون (SiO₂)، وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂). وربط معامل المرونة المحسوب بعد ذلك بقابلية انضغاط الغشاء والتدفق النسبي للماء تحت ضغوط تشغيل مختلفة. وأظهرت النتائج أن دمج الحشوات النانوية يؤدي إلى زيادة صلابة الغشاء والحد من التشوه الناجم عن الضغط. وقد أظهر أكسيد الجرافين (GO) أعلى تأثير تدعيمي متوقَّع، يليه TiO₂ ،SiO₂.................
الكلمات المفتاحية:................ الحشوات النانوية؛ التناضح العكسي؛ نموذج Halpin–Tsai؛ التدفق النسبي للماء؛ انضغاط الغشاء؛ تحلية المياه.
Abstract
This study theoretically investigates the effect of adding nanofillers on the mechanical behavior and relative water flux of reverse osmosis (RO) membranes used in seawater desalination. The Halpin–Tsai model was used to estimate the effective elastic modulus of nanofiller-reinforced membranes as a function of filler type, volume fraction, and shape factor. Three nanofillers were considered: graphene oxide (GO), silicon dioxide (SiO₂), and titanium dioxide (TiO₂). The calculated elastic modulus was then linked to membrane compressibility and relative water flux under different operating pressures. The results indicate that nanofiller incorporation improves membrane stiffness and reduces pressure-induced deformation. GO showed the highest predicted reinforcement effect, followed by TiO₂ and SiO₂. ..............
Keywords: .................Nanofillers; Reverse osmosis; Halpin–Tsai model; Relative water flux; Membrane compaction; Desalination.