Modifying photopolymer structure on the molecular and nanoscale level permits tailoring materials for use in a wide variety of applications. Understanding the fundamentals behind polymer structure at these levels permits the control of material properties. This work gains insight into the modification of structure on two levels, the nanoscale by use of structure templates and the molecular scale through the modification of polymer network formation. Lyotropic liquid crystals (LLCs) are a type of self-assembling surfactant system, which in combination with photopolymerization can be used to template ordered nanostructure within polymer materials. This structure can be controlled and utilized to influence the properties of a polymer material. This research examines materials used as templating agents and the types of nanostructures that may be obtained. Additionally, their effects upon the LLC templating process and material properties is determined. Structured polymers are created using LLC templates in pursuit of materials for use in water purification processes and electrochemical devices. Through a more complete understanding of the fundamentals of the templating process, the work presented here extends the LLC templating technique to a greater variety of materials and applications in the water remediation and energy storage fields. The second portion of this research is the use of reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) to modify photopolymer networks. RAFT agents are utilized to control the propagation reaction to create networks with increased homogeneity between network crosslinks. By increasing the uniformity of the polymer network, increases in polymer elongation and toughness as well as decreases in polymer modulus are observed. The effects of RAFT agent addition on the network formation and the final properties of the photopolymer is examined. By understanding the mechanisms behind this modification technique, photopolymers can be extended into new applications where increased elongation and toughness is valued.

The flow profiles of pressure-driven and electro-kinetic driven flows were compared for a microfluidic chip. It was found that the pressure-driven flow had a parabolic profile while the electro-kinetic flow had a plug shaped flow profile. The measured velocities were similar to those determined by the Poiseuille flow model and the Helmholtz-Smoltchowski equation. Flow uniformity is very important for control in microfluidic mixers. Parabolic flow profiles lead to inconsistent reactions while the more uniform plug shape flow allow for a more steady reaction across the channel. Previous work had been performed to measure the flow of a solution of fluorescent polystyrene beads in PDMS channels using a laser confocal microscope. This showed that particles easily stuck to the channel making it difficult to measure over time. In addition, bubble formation in the channel made measuring velocities difficult. Current work used a LabSmith Video Synchronized microscope with software to measure the flow rates at different areas of the channel. Solutions of fluorescent polystyrene beads were used to visually observe the flow within a channel under a microscope. Four different channels were used for the pressure-driven flows of varying dimensions and materials. The channel with the best measured profile was also measured under electro-kinetic flow. A LabSmith High Voltage Sequencer was used to apply a voltage across the channel for electro-kinetic measurements. This research confirmed the different flow profiles under pressure-driven and electro-kinetic driven flow. Future work can be done to determine how this effects mixing in the channels.

Reverse osmosis (RO) and ultrafiltration (UF) retentates were ultra-high temperature (UHT) processed and compared for storage life at room temperature. Viscosity studies indicated that UHT-treated, RO retentate delayed age gelation longer than UF retentate at the same total solids level (26% TS). When compared at 6.4% protein level (2x RO vs 2.7x UF where x=ratio of the feed volume to concentrate volume), the storage life for both RO and UF retentates was about 6 to 8 months. Sodium hexametaphosphate (SHMP) and disodium phosphate (DSP) at 1, 3, 5, 10, and 20 mM concentrations were incorporated prior to UHT processing of each sample to improve the shelf life. SHMP at 1 and 3 mM concentrations was effective in delaying age gelation, whereas all levels of DSP accelerated gelation. However, SHMP accelerated age gelation at concentrations of 10 and 20 mM. SHMP at 1 mM in RO retentate was more effective in delaying age gelation than the same SHMP level in two UF samples (22 and 26% TS). Analysis showed that RO/UHT-treated samples had higher soluble calcium and ionic calcium than did UF/UHT-treated samples. The coefficient of determination (R2) was .80 between soluble calcium-to-protein ratio and shelf life.

A UV Laser Induced Fluorescence (LIF) system, previously developed in our laboratory, was modified and used for a series of applications related to the development and optimization of UV LIF spectroscopic measurements of trace contaminants in drinking water and other water sources. Fluorescence spectra of a number of water samples were studied, including those related to the reverse osmosis water treatment and membrane fouling, domestic and international drinking water, industrial toxins, bacterial spores, as well as several fluorescence standards. Of importance was that the long term detection of the trace level of Dissolved Organic Compounds (DOC) was measured, for the first time to our knowledge, over a one week period and with a time resolution of 2.5 minutes. A comparison of LIF emission using both 266 nm and 355 nm excitation was also made for the first time. Such real-time and continuous measurements are important for future water treatment control. The LIF system was modified to accommodate UV Light Emitting Diodes (LED) as alternative excitation sources, and tested for the detection of trace organic species in water. In addition, a compact system using LED excitation and a spectrometer was xviii developed and underwent initial testing. The original LIF system had two laser sources, 266 nm and 355 nm. The additional sources incorporated in the system were UV LEDs emitting at 265 nm, 300 nm, 335 nm and 355 nm. The LED spectral emission was studied in detail, in terms of spectral variability and power output. It was found that all LEDs had some emission in the visible spectrum, and an optical filter was used to remove it. The signal-to-noise ratio for the LED-based systems was determined and compared with that of the LIF system. The fluorescent signal of the LED-based system was smaller by 1 to 2 orders of magnitude, despite the fact that the LED pulse energy was 2 to 3 orders of magnitude less than the laser's. As such, the fluorescent signal from the LED was greater than expected. Therefore, a UV LED may be a compact and much cheaper optical source for future water measurement instruments.

The design, construction and testing of a reverse-osmosis (PV-RO) desalination system for fresh water shortage area is presented. The system operates from salt water or brackish water and can be embedded in a renewable energy power supply system, since many fresh shortage areas are remote and isolated. Special attention is given to the energy efficiency of small-scale reverse osmosis desalination systems. Limitations of conventional control strategy using toggle control are presented. Based on this, an objective of creating a small-scale reverse osmosis desalination system was set out. Initially, the background information is presented. This includes the natural resources crisis and main desalination technologies and the viability of the integration with renewable energy source. A reverse osmosis (RO) desalination system was assembled and set up at the Curtin University of Technology, Perth, Western Australia Supervisor Control And Data Acquisition (SCADA) system was built using a Human Machine Interface software and a programmable logic controller (PLC). Instrumentation that included signal conditioners was made in analysis of the system characteristics. Initial testing of the system was conducted after the system design and configuration was accomplished. Testing results were used as a guideline for the development of the whole system. / Modelling and simulation of the system components in MATLABSimulink is presented, together with a discussion of the control systems modelling and design procedure, in which the aim was to improve the efficiency of the reverse osmosis system. Simulations show the designed reverse osmosis system with Proportional Integral and Derivative (PID) controller has better performance than other controllers. This consequently leads to a lower overall cost of the water, as well as reducing full maintenance cost of the electric drives in the reverse osmosis unit. Additionally, the configuration of the remote control system through General Package Radio System (GPRS) network is depicted. After the PID control algorithm was programmed into the Programmable Logic Controller (PLC), system experiments were carried out in short durations and long durations. System performance was monitored and experimental results prove that the new control strategy applied increase the water productivity and is able to improve the system efficiency up to 35%. Based on the data obtained from the simulations and experiments, Mundoo Island was chosen to be the location for a case study. The electric load profile of the island was derived from the Island Development Committee in Mundoo. / A water demand profile was created and modelled in Matlab to be the input of the reverse osmosis system. The electric load of the reverse osmosis system was generated from Matlab simulation. This result was entered in Hybrid Optimisation Model for Electric Renewables (HOMER) simulator. Having the designed RO unit as one of the electric loads, the entire remote area power supply (RAPS) system was tested in simulations which shows the energy cost is AUS$0.174 per kWh, lower than the Island Development Committee budget estimation of AUS$0.25 per kWh. The cost of the water treatment is very promising at AUS$0.77 per m3.

El procesado de alimentos conlleva, en mayoría de los casos, la generación de subproductos o residuos que pueden ser reutilizados o revalorizados mediante la utilización de técnicas de separación por membrana. Estas técnicas ofrecen la posibilidad de tratar las soluciones en condiciones de operación muy suaves, y no comportan en mayoría de las ocasiones, una alteración de los componentes a recuperar. Actualmente, las técnicas de separación por membrana, debido a su alta calidad y relativamente bajos costes, se encuentran completamente integradas en la mayoría de procesos productivos que requieren de una etapa de separación. Sin embargo, la investigación en el área de las técnicas de separación por membrana sigue abriendo nuevos campos de aplicación, que surgen con la mejora de las condiciones tecnológicas de los equipos y la posibilidad de obtener nuevas membranas adaptables a necesidades específicas.En concreto, en este proyecto se utilizaron técnicas de separación por membranas para concentrar soluciones de azúcar procedentes de deshidratación osmótica (en adelante OD). El principal objetivo fue estudiar el potencial de varias técnicas de separación, haciendo hincapié en los flujos obtenidos durante la reconcentración y en la calidad de la solución reconcentrada.La deshidratación osmótica es un tratamiento que permite una eliminación parcial del agua en un alimento y/o la incorporación de solutos de una manera controlada, respetando la calidad inicial del producto. El proceso consiste en introducir los alimentos en una solución hipertónica, controlando las condiciones de operación para favorecer, en mayor o menor grado la incorporación de solutos y la deshidratación del alimento. La aplicación de OD puede resultar en la mejora de las propiedades nutricionales y funcionales de los alimentos y en la reducción de la energía requerida para la deshidratación. El principal problema de la aplicación industrial de la OD radica en la gestión de la solución procedente del proceso. La reutilización de esta solución plantea una doble ventaja: primero desde el punto de vista ambiental, ya que se elimina un efluente del proceso que a menudo no puede ser vertido directamente, y segundo el ahorro económico que representa la recuperación de las materias primas que muchas veces contienen solutos de importante valor económico. Los métodos de separación por membrana utilizados para recuperar las soluciones de OD fueron los siguientes: nanofiltración, osmosis directa y destilación osmótica por membranas. La nanofiltración (NF) presenta altos niveles de retención y un menor gasto de energía que la osmosis inversa, y en la industria azucarera se aplica como uno de los pasos en la clarificación y concentración de jarabes. En los procesos de contactores de membranas: osmosis directa (DO) y destilación osmótica por membranas (OMD), a diferencia de los procesos basados en el tamizaje, el flujo depende solamente de la diferencia de potencial osmótico. Las únicas presiones hidráulicas requeridas son las necesarias para bombear la solución de azúcar y la solución osmótica hasta la superficie de la membrana. Estas características hacen que estos procesos presenten como muy prometedores para la reconcentración de soluciones de azúcar de concentraciones elevadas.Los experimentos de filtración se llevaron a cabo utilizando plantas piloto diseñadas y construidas expresamente para el presente proyecto. Durante todos los procesos de separación por membranas, se empleó como solución modelo una solución de sacarosa a diferentes concentraciones (5-60 ºBrix), debido a que las soluciones aplicadas en la deshidratación osmótica de frutas son habitualmente soluciones de azucares (sacarosa, glucosa o jarabes). Durante los experimentos de NF se evaluó el funcionamiento de las membranas planas: Desal5 DK (GE- Osmonics), MPF-34 (Koch Membrane), NFT-50 (DSS) y tubulares: MPT-34 (Koch Membrane) y AFC 80 (PCIMembranes). Además de la solución de azúcar de diferentes concentraciones (5-20 ºBrix), se concentraron zumos de pera y manzana.La reconcentración mediante osmosis directa se realizó utilizando dos modos de operación: off-site e on-site. En el modo off-site, la reconcentración por ósmosis directa se llevó a cabo en una planta de filtración provista de un módulo plano o tubular, dependiendo de la membrana. En el módulo se llevó a cabo la concentración. En el modo on-site, la deshidratación se realizaba conjuntamente con la reconcentración de la solución osmótica. La solución de reconcentración de la osmosis directa en off-site (offsiteDO) fue NaCl, mientras la solución de reconcentración de la osmosis directa on-site (on-site DO) fue una solución de sacarosa más concentrada que la solución osmótica (60 para una solución osmótica de 40 y 68 para una solución de 50 ºBrix). Para garantizar el flujo de agua entre las dos soluciones y altas retenciones de azúcar durante la off-site DO, se utilizaron membranas de NF planas (Desal5-DK y MPF-34) y tubulares (MPT-34 y AFC80). La reconcentración por osmosis directa on-site se levó a cabo empleando una membrana de microfiltración (Durapore, Millipore), ya que la solución de reconcentración (SS) es la misma que la solución osmótica y la alta viscosidad de la SS restringe mucho el flujo de agua si se utiliza una membrana más densa.En la deshidratación por membranas (OMD) se utilizaron membranas hidrófobas (11806, Sartorius) que presentan una retención teórica del 100 %. Se comparó el rendimiento de dos soluciones de reconcentración: NaCl y CaCl2.Con el fin de obtener información referente a la influencia de las propiedades de las membranas sobre el desarrollo del proceso de concentración de las soluciones procedentes de la deshidratación osmótica, se realizó un estudio detallado de las propiedades de las membranas aplicadas mediante AFM, SEM, FTIR, ángulo de contacto y medidas de potencial zeta. Con la finalidad de generar soluciones osmóticas para someterlas a reconcentración, y también para disponer de productos procedentes de deshidratación osmótica con soluciones frescas que pudieran compararse con aquellas procedentes de OD con solución reconcentrada, se deshidrataron diferentes lotes de manzana (Granny Smith) con soluciones de sacarosa de 40, 50 y 60 ºBrix. Estas pruebas permitieron determinar también el tímelo de operación para una máxima pérdida de agua con relativamente poca impregnación de las manzanas. Después de cada experimento se analizaron los siguientes parámetros: concentración de azúcar, pH, absorbancia a 420 nm de las soluciones y humedad de las manzanas.La nanofiltración, aplicada en la primera fase del presente estudio, resultó ser viable solamente para la reconcentración de soluciones de concentraciones hasta 24 ºBrix. El aumento de la temperatura de 25 hasta 35 ºC para las dos membranas tubulares ocasionó un incremento del flujo de permeado, y el mismo efecto tuvo el aumento de presión transmembranaria de 8 a 12 bar.Se comprobó que el factor más importante para la eficacia del proceso es disponer de una membrana que combine altos flujos y retenciones durante el proceso. La deposición de las partículas de sacarosa y/o los zumos se caracterizó mediante SEM y la topología de la capa filtrante de la membrana se identificó usando AFM. La topología de la capa filtrante de las membranas era diferente para cada una de ellas, a pesar de que todas estaban preparadas con el mismo material (poliamida). En las imágenes de los cortes transversales de las membranas realizados con SEM, se observaron los cambios en la estructura de las membranas producidos por la aplicación de presión durante los experimentos y las altas temperaturas empleadas durante su acondicionamiento. Gracias a las imágenes de SEM se pudo verificar también la eficacia del proceso de acondicionamiento de membranas.A diferencia de NF, tanto la ósmosis directa como la destilación osmótica por membrana permiten la reconcentración de soluciones concentradas de sacarosa (hasta60 ºBrix). La eficacia de estas dos últimas técnicas se evaluó en unción de los flujos de agua obtenidos.El sistema de ósmosis directa on-site propuesto para la reconcentración de las soluciones de OD permitió reutilizar las soluciones osmóticas como mínimo cuatro veces. Para la solución osmótica de 40 ºBrix la humedad de las manzanas fue similar utilizando solución fresca o reconcentrada. En cambio, una solución osmótica de 50 ºBrix, la pérdida de agua de las manzanas fue mayor cuando la deshidratación osmótica se llevó a cabo con reconcentración on-site de la solución osmótica. Los análisis de concentración de azúcar de las soluciones osmóticas y de la solución de reconcentración indican que la membrana elegida para los experimentos facilita el transporte óptimo de solutos y agua entre las dos soluciones. Además, el sistema de reconcentración por membrana propuesto es muy sencillo y de bajo coste porque no requiere presurización.La osmosis directa en off-site proporcionó flujos mucho mayores que los obtenidos con el sistema on-site (1.3 kg/m2h para la solución osmótica de 50 ºBrix respecto a 0.0023 kg/m2h durante on-site DO para la misma solución). Sin embargo, el transporte de solutos de la solución de reconcentración hacía la solución osmótica puede ser considerado un obstáculo para su aplicación a escala industrial.Los flujos de agua más elevados fueron obtenidos utilizando la OMD (2.01 kg/m2h para la solución osmótica de 50 ºBrix y con CaCl2 con la solución de reconcentración). Otra gran ventaja de este proceso es la retención de solutos que proporciona, hecho confirmado por los análisis realizados.El estudio sobre el transporte durante los procesos de contactores de membranas indicó que la viscosidad es la propiedad limitante para la solución osmótica y la actividad de agua/alta presión osmótica como la propiedad más importante a la hora de elegir una solución de reconcentración. Para todos los procesos de separación aplicados, el aumento de la concentración de azúcar de la solución osmótica comporta una disminución notable del flujo de agua.El desarrollo de un posible proceso de deshidratación osmótica con una etapa de reconcentración de la solución osmótica mediante procesos con contactores de membrana ha permitido calcular el área requerida para realizar la reconcentración: 3.6,9.7, 1608 m2 para OMD, off-site DO e on-site DO, respectivamente.Las conclusiones del trabajo confirman la posibilidad de utilizar procesos por membrana para realizar la reconcentración de soluciones osmóticas. No obstante se ha constatado que técnicas más tradicionales basadas en diferencias de presión (NF) no son

Una de las aplicaciones más importante de los procesos de filtración por membrana es en el área de tratamiento de agua por ultrafiltración, nanofiltración u ósmosis inversa. Entre los problemas más serios encontrados en estos procesos destaca la aparición de los fenómenos de ensuciamiento y envejecimiento de las membranas que limitan la eficacia de la operación tanto en la separación de los solutos, como en el flujo de permeado, afectando también el ciclo de vida de las membranas.Para reducir el coste de la producción y mejorar la robustez y eficacia de estos procesos es imprescindible disponer de modelos capaces de representar y predecir la eficiencia y el comportamiento de las membranas durante la operación. Una alternativa viable a los modelos teóricos, que presentan varias particularidades que dificultan su postulado, la constituyen los modelos basados en el análisis de los datos experimentales, entre cuales destaca el uso de las redes neuronales. Dos metodologías han sido evaluadas e investigadas, una constando en la caracterización de las interacciones entre las membranas y los compuestos orgánicos presentes en el agua de alimentación, y la segunda basada en el modelado de la dinámica de operación de las plantas de desalinización por ósmosis inversa.Relaciones cuantitativas estructura‐propiedad se han derivado usando redes neuronales de tipo back‐propagation, para establecer correlaciones entre los descriptores moleculares de 50 compuestos orgánicos de preocupación para la salud pública y su comportamiento frente a 5 membranas comerciales de ósmosis inversa, en términos de permeación, absorción y rechazo. Para reducir la dimensión del espacio de entrada, y para evitar el uso de la información redundante en el entrenamiento de los modelos, se han usado tres métodos para seleccionar el menor número de los descriptores moleculares relevantes entre un total de 45 que caracterizan cada molécula. Los modelos obtenidos se han validado utilizando un método basado en el balance de materia, aplicado no solo a los 50 compuestos utilizados para el desarrollo de los modelos, sino que también a un conjunto de 143 compuestos orgánicos nuevos. La calidad de los modelos obtenidos es prometedora para la extensión de la presente metodología para disponer de una herramienta comprensiva para entender, determinar y evaluar el comportamiento de los solutos orgánicos en el proceso de ósmosis inversa. Esto serviría también para el diseño de nuevas y más eficaces membranas que se usan en este tipo de procesos.En la segunda parte, se ha desarrollado una metodología para modelar la dinámica de los procesos de ósmosis inversa, usando redes neuronales de tipo backpropagation y Fuzzy ARTMAP y datos experimentales que proceden de una planta de desalinización de agua salobre Los modelos desarrollados son capaces de evaluar los efectos de los parámetros de proceso, la calidad del agua de alimentación y la aparición de los fenómenos de ensuciamiento sobre la dinámica de operación de las plantas de desalinización por osmosis inversa. Se ha demostrado que estos modelos se pueden usar para predecir el funcionamiento del proceso a corto tiempo, permitiendo de esta manera la identificación de posibles problemas de operación debidas a los fenómenos de ensuciamiento y envejecimiento de las membranas. Los resultados obtenidos son prometedores para el desarrollo de estrategias de optimización, monitorización y control de plantas de desalinización de agua salobre. Asimismo, pueden constituir la base del diseño de sistemas de supervisón capaces de predecir y advertir etapas de operación incorrecta del proceso por fallos en el mismo, y actuar en consecuencia para evitar estos inconvenientes. / One of the more serious problems encountered in reverse osmosis (RO) water treatment processes is the occurrence of membrane fouling, which limits both operation efficiency (separation performances, water permeate flux, salt rejection) and membrane life‐time. The development of general deterministic models for studying and predicting the development of fouling in full‐scale reverse osmosis plants is burden due to the complexity and temporal variability of feed composition, diurnal variations, inability to realistically quantify the real‐time variability of feed fouling propensity, lack of understanding of both membrane‐foulants interactions and of the interplay of various fouling mechanisms. A viable alternative to the theoretical approaches is constituted by models developed based on direct analysis of experimental data for predicting process operation performance. In this regard, the use of artificial neural networks (ANN) seems to be a reliable option. Two approaches were considered; one based on characterizing the organic compounds passage through RO membranes, and a second one based on modeling the dynamics of permeate flow and separation performances for a full‐scale RO desalination plant.Organic solute sorption, permeation and rejection by RO membranes from aqueous solutions were studied via artificial neural network based quantitative structure‐property relationships (QSPR) for a set of 50 organic compounds for polyamide and cellulose acetate membranes. The separation performance for the organic molecules was modeled based on available experimental data achieved by radioactivity measurements to determine the solute quantity in feed, permeate and sorbed by the membrane. Solute rejection was determined from a mass balance on the permeated solution volume. ANN based QSPR models were developed for the measured organic sorbed (M) and permeated (P) fractions with the most appropriate set of molecular descriptors and membrane properties selected using three different feature selection methods. Principal component analysis and self‐organizing maps pre‐screening of all 50 organic compounds defined by 45 considered chemical descriptors were used to identify the models applicability domain and chemical similarities between the organic molecules. The ANN‐based QSPRs were validated by means of a mass balance test applied not only to the 50 organic compounds used to develop the models, but also to a set of 143 new compounds. The quality of the QSPR/NN models developed suggests that there is merit in extending the present compound database and extending the present approach to develop a comprehensive tool for assessing organic solute behavior in RO water treatment processes. This would allow also the design and manufacture of new and more performing membranes used in such processes.The dynamics of permeate flow rate and salt passage for a RO brackish water desalination pilot plant were captured by ANN based models. The effects of operating parameters, feed water quality and fouling occurrence over the time evolution of the process performance were successfully modeled by a back‐propagation neural network. In an alternative approach, the prediction of process performance parameters based on previous values was achieved using a Fuzzy ARTMAP analysis. The neural network models built are able to capture changes in RO process performance and can successfully be used for interpolation, as well as for extrapolation prediction, fact that can allow reasonable short time forecasting of the process time evolution. It was shown that using real‐time measurements for various process and feed water quality variables, it is possible to build neural network models that allow better understanding of the onset of fouling. This is very encouraging for further development of optimization and control strategies. The present methodology can be the basis of development of soft sensors able to anticipate process upsets.

Water is becoming increasingly scarce as the demand for fresh water continues to rise. One potential new water resource is purified produced water. Produced water is generated during oil and gas production, and it is often contaminated with emulsified oil, high levels of salt, and particulate matter. Produced water purification using polymer membranes has been investigated, but its implementation is limited by membrane fouling. This study focused on the preparation and application of poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogels as fouling-resistant coatings for commercial reverse osmosis (RO) membranes. To prepare fouling-resistant coatings for RO membranes, three series of copolymer hydrogel networks were synthesized using poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) as the crosslinker and acrylic acid (AA), 2-hydroxyethyl acrylate (HEA), or poly(ethylene glycol) acrylate (PEGA) as comonomers, and their transport properties were evaluated. The hydrogels have high water uptake and high water permeability, and crosslink density strongly influences water uptake and water permeability. For example, a 100 mol% PEGDA hydrogel contained 61% water by volume, but 80PEGA, which has essentially the same chemical composition but lower crosslink density, contained 72% water by volume. Hydrogel water permeability ranged from 10 to 26 (L [mu]m)/(m² hr bar) and correlates well with water uptake; high water uptake often leads to high water permeability. Additionally, the copolymers have hydrophilic surfaces with a low affinity for oil, based on contact angle measurements using n-decane in water. Commercial RO membranes (AG RO membrane from GE Water and Process Technologies) were coated with PEG hydrogels, and the desalination and fouling resistance properties of the coated membranes were tested. The water flux of coated membranes and a series-resistance model were used to estimate coating thickness; the coatings were approximately 2 [mu]m thick. NaCl rejection for both uncoated and coated membranes was 99.0% or greater. As determined by zeta potential measurements, both uncoated and coated RO membranes are negatively-charged, but coated membranes are less negatively-charged than uncoated RO membranes. Model oil/water emulsions, prepared with either a cationic or an anionic surfactant, were used to probe membrane fouling. In the absence of oil, surfactant charge, and therefore, electrostatic interactions play a significant role in membrane fouling. In the presence of DTAB, a cationic surfactant, the AG RO membrane water flux immediately dropped to 30% of its initial value, but in the presence of SDS, an anionic surfactant, its water flux gradually decreased to 74% of its initial value after 24 hours. However, in both cases, coated membranes exhibited less flux decline than uncoated membranes. Coated membranes also experienced little fouling in the presence of an n-decane/DTAB emulsion. After 24 hours, the water flux of a PEGDA-coated AG RO membrane was 73% of its initial value, while the water flux of an AG RO membrane fell to 26% of its initial value. Conversely, both coated and uncoated membranes fouled significantly in the presence of an n-decane/SDS emulsion, indicating that oil fouling is controlled both by electrostatic and hydrophobic interactions. Overall, this work provides answers to some of the fundamental questions posed regarding the viability of using modified membranes for produced water treatment. / text

The dominant organic phosphorus compound classes were characterized in marine samples using a new, high recovery method for isolating and concentrating bulk dissolved organic matter (DOM) called combined electrodialysis+reverse osmosis (ED/RO). In contrast to earlier studies which use ultrafiltration (UF) to recover only the high molecular weight DOM, ED/RO is capable of isolating both low molecular weight (LMW) and high molecular weight (HMW) DOM. Samples were collected from a broad range of marine environments: along a transect incorporating coastal and offshore waters off the Southeastern United States, in Effingham Inlet, a Pacific fjord located on Vancouver Island, British Columbia and in the Amundsen Sea, Antarctica. Results from phosphorus nuclear magnetic resonance (31P NMR) analysis reveals a similar abundance of P compound classes between samples, phosphate esters (80-85%), phosphonates (5-10%) and polyphosphates (8-13%). These samples contain significantly higher proportions of polyphosphate P and P esters and lower proportions of phosphonates than measured in previous studies using the UF method. The much higher levels of polyphosphate detected in our samples suggests that polyphosphate is present mainly in the LMW DOM fraction. Polyphosphates in DOM may be present as (or derived from) dissolved nucleotides or organismal polyphosphate bodies, or both. Low molecular weight P esters are likely composed of phosphoamino acids and small carbohydrates, like simple sugar phosphates and/or dissolved nucleotides. Phosphonates in DOM are more prevalent as HMW phosphonate compounds, which suggests that LMW phosphonates are more readily utilized in marine ecosystems. Overall, the investigation of DOM across a size spectrum that includes both the HMW and the LMW fractions reveals a new picture of phosphorus distribution, cycling and bioavailability.

Cette thèse de doctorat présente une étude expérimentale des propriétés rhéologiques d’électrolytes confinés et de la mécanique des doubles couches électrostatiques.Afin d’étudier simultanément les propriétés d’équilibre et de transport d’électrolytes confinés proches de parois électriquement chargées, nous avons développé un appareil à forces de surfaces dynamique. Cette technique combine à la fois des mesures à l’équilibre, à l’instar des appareils à forces de surfaces classiques, et des mesures dynamiques permettant de caractériser les phénomènes de transport.Nous avons tout d’abord étudié le cas d’électrolytes très dilués. Nous avons montré l’existence d’une sur-dissipation induite par les ions issus des électrolytes par rapport à un comportement newtonien classique. De plus, nous avons mis en évidence un comportement élastique des doubles couches électrostatiques dépendant de la fréquence. Une approche théorique vient compléter et expliquer en partie les résultats expérimentaux.Enfin nous nous sommes intéressés à la dynamique d’électrolytes concentrés : les liquides ioniques. Nous avons étudié l’influence, sur la viscosité et les propriétés du liquide à l’interface solide-liquide, d’un champ électrique intense appliqué perpendiculairement à l’écoulement, comme rencontré dans les super-condensateurs. / This thesis presents an experimental study of rheological properties of confined electrolytes and mechanics of electric double layer.In order to study simultaneously equilibrium and transport of confined electrolytes nearby charged surfaces, we developed a dynamic surface force apparatus. This technique enables both steady state measurements, as provided by common surface forces apparatus, and dynamic measurements that allow characterizing the transport phenomenona.First, we showed the existence of an over-dissipative behavior of weak electrolytes compared to a classical newtonian fluid. Furthermore we highlighted a frequency dependence of the EDL elastic behavior. Alongside, a theoretical approach completes and explains partially the experimental observations.Finally we studied the dynamics of ionic liquid, a type of concentrated electrolytes. We looked at the influence of a huge electric field, applied perpendicularly to the surfaces, on the viscosity and the properties of the liquid nearby the surfaces, as found in super-capacitors.