‘Bruisend’ schoon water uit membraanfilters met nanodiamanten

Microscopische nanodiamanten klonteren samen wanneer ze in water worden geplaatst (zie hierboven), maar dissociëren wanneer ze in ethylacetaat zijn om heet afvalwater te reinigen. Krediet: aangepast van ACS toegepaste materialen en interfaces 2020, DOI: 10.1021 / acsami.0c15194

Hoewel het grootste deel van de planeet bedekt is met water, is slechts een fractie ervan schoon genoeg voor mensen om te gebruiken. Daarom is het belangrijk om dit hulpmiddel waar mogelijk te recyclen. De huidige zuiveringstechnieken kunnen het zeer hete afvalwater dat door sommige industrieën wordt gegenereerd, niet voldoende aan. Maar nu rapporteren onderzoekers in ACS toegepaste materialen en interfaces hebben amine-versterkte nanodiamond-deeltjes ingebed in membranen om deze uitdaging aan te pakken.

Sommige methoden voor olieterugwinning en andere industriële processen resulteren in heet afvalwater, dat energie-intensieve koeling vereist voordat het kan worden gezuiverd via traditionele omgekeerde osmosemembranen. Na zuivering moet het water vervolgens worden verwarmd voordat het opnieuw kan worden gebruikt. Bij zulke hoge temperaturen filteren traditionele omgekeerde osmosemembranen langzaam, waardoor meer zouten, vaste stoffen en andere verontreinigingen kunnen doordringen. Onderzoekers hebben in eerdere studies extreem kleine nanodiamanten – koolstofbolletjes geproduceerd door explosies in kleine, gesloten containers zonder zuurstof – op deze membranen ingebed. Hoewel de membranen effectief en snel grote hoeveelheden water filteren en kunnen beschermen tegen vervuiling, zijn ze niet getest met zeer hete monsters. Om de membranen te optimaliseren voor gebruik met heet afvalwater, wilden Khorshidi, Sadrzadeh en collega’s de nanodiamantbolletjes aanpassen en op een nieuwe manier inbedden.

Het team hechtte aminen aan nanodiamanten en baadde ze in een ethylacetaatoplossing om te voorkomen dat de bolletjes samenklonteren. Vervolgens werd een monomeer toegevoegd dat reageerde met de aminen om chemische verbindingen met de traditionele membraanbasis te creëren. Synergetische effecten van de aminebindingen en de ethylacetaatbehandeling resulteerden in dikkere, meer temperatuurstabiele membranen, wat bijdroeg tot verbeteringen in hun prestatie. Door de hoeveelheid amine-versterkte nanodiamanten in het membraan te vergroten, bereikten de onderzoekers hogere filtratiesnelheden waarbij een groter deel van de onzuiverheden werd verwijderd, zelfs na 9 uur bij 167 F, in vergelijking met membranen zonder nanodiamanten. De nieuwe methode produceerde membranen die afvalwater effectiever konden behandelen bij hoge temperaturen, zeggen de onderzoekers.