Preliminary study on reduced graphene oxide membranes for water softening in household appliances

Hardness of water is a crucial parameter for the proper functioning of domestic appliances. There is a need for conventional softening technologies to change toward new ideas making them smaller and smarter. This thesis work was done at ROLD to investigate reduced graphene oxide (rGO) based membranes as possible filter for water softening. Sector leader in the production of components for home appliances, ROLD is a small medium enterprise, located near Milan, leader in household appliances components. ROLD invests in academic research as part of their strategy to integrate new technologies in their already established products and to explore new business opportunities. The work consisted of the production of self-assembling rGO membranes, starting from an aqueous solution of graphene oxide (GO), and their application for dead-end filtration of water with softening purposes. The water used came from the city of Milan. Its hardness was tested before and after the filtration in order to evaluate the softening efficiency of rGO membranes obtained by the partial removal of Ca2+ and Mg2+ ions. The membranes capability of filtering ions was demonstrated, and significant results were obtained with a few milligrams of material. Alongside the filtration tests, several options aiming at optimizing the overall production process were carried out, providing interesting results, e.g., a decrease of membranes formation time by increasing the temperature of the GO reduction. The characterization of the membranes by FTIR, XRD, TGA and SEM analyses was performed at Politecnico di Milano.

La durezza dell’acqua è un parametro cruciale per il corretto funzionamento degli elettrodomestici. Vi è la necessità che le tecnologie di addolcimento convenzionali maturino per diventare più piccole e più funzionali. Questo lavoro di tesi è stato realizzato presso l’azienda ROLD per investigare la possibilità di utilizzare membrane a base di grafene ossido ridotto (rGO) come filtro per l’addolcimento acque. ROLD è una piccola media impresa leader nel settore della componentistica per elettrodomestici, con sede nei pressi di Milano. Investimenti nel campo della ricerca accademica sono parte della sua strategia per integrare nuove tecnologie all’interno dei loro prodotti già affermati e per esplorare nuove possibilità di mercato. In questo lavoro sono state trattate la produzione di membrane autoassemblanti in rGO, prodotto partendo da una soluzione di grafene ossido (GO), e il loro utilizzo per la filtrazione di acqua in pressione, proveniente dalla città di Milano. La sua durezza è stata testata prima e dopo la filtrazione per valutare l’efficienza di addolcimento delle membrane di rGO dovuta alla rimozione parziale degli ioni Ca2+ e Mg2+. La capacità delle membrane di filtrare ioni è stata dimostrata e risultati significativi sono stati ottenuti utilizzando pochi milligrammi del materiale. Oltre ai test di filtrazione, sono state esplorate diverse opzioni per l’ottimizzazione del processo di produzione, che hanno evidenziato, ad esempio, la possibilità di diminuire il tempo necessario per la formazione delle membrane, aumentandola temperatura durante la reazione di riduzione del materiale di partenza. La caratterizzazione delle membrane è stata eseguita presso il Politecnico di Milano attraverso analisi FTIR, XRD, TGA e SEM.