![Krediet: Tao Ma, Haiqing Hui, Xiaofei You, Zhiqiang Pei, Miao Tian, Bing Wu Een nieuw ontwerp van door nanovezels ondersteunde composietmembranen voor voorwaartse osmose](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2022/a-new-design-of-nanofi.jpg)
Krediet: Tao Ma, Haiqing Hui, Xiaofei You, Zhiqiang Pei, Miao Tian, Bing Wu
Voorwaartse osmose (FO), een opkomende membraangebaseerde technologie, biedt een laag energieverbruik en een laag membraanvervuilingspotentieel, maar het ontbreken van hoogwaardige FO-membranen belemmert de grootschalige toepassing van FO. Over het algemeen moet een ideaal hoogwaardig FO-membraan een hoge waterpermeabiliteit, een lage zoutpermeabiliteit, een lage structurele parameter (S-waarde), uitstekende aangroeiwerende eigenschappen en stabiele chemische eigenschappen hebben. Onder hen zijn door nanovezels ondersteunde FO-membranen aan populariteit gewonnen.
Dunne-film composiet (TFC) FO-membranen samengesteld uit poreuze substraten en ultradunne polyamide (PA) selectieve lagen vertonen structurele ontwerpflexibiliteit en superieure permeabiliteit en selectiviteit. Maar hoe kunnen we de ‘trade-off’ tussen waterdoorlatendheid en selectiviteit van opgeloste stoffen overwinnen, terwijl we de algehele S-waarde van FO-membranen minimaliseren?
Bovendien is polyvinylideenfluoride (PVDF) een semi-kristallijn polymeer met herhalende eenheden, dat veel wordt gebruikt om membraanmaterialen voor waterbehandeling te bereiden vanwege de sterke mechanische eigenschappen en stabiele chemische eigenschappen. Maar hoe kunnen we een defectvrije en robuuste PA-scheidingslaag fabriceren op het elektrospinning nanovezelsubstraat (PVDF) met grote open oppervlakteporiën via grensvlakpolymerisatie (IP)? Tot slot, hoe kunnen we het fenomeen interne concentratiepolarisatie (ICP) en membraanvervuiling in FO effectief verminderen?
Om deze vragen te beantwoorden, hebben Prof. Miao Tian en Dr. Tao Mao van de Northwestern Polytechnical University en hun teamleden samengewerkt en het ontwerp gerapporteerd van een dubbellaags gestructureerd PVDF-nanovezel-ondersteund TFC FO-membraan. Hun resultaten onthulden het gedrag van vervuilingen op het membraanoppervlak en bieden een theoretische basis voor het onderzoek en de ontwikkeling van TFC-FO-membranen met hoge waterflux en anti-vervuiling in de werkelijke afvalwaterbehandeling.
Deze studie is gepubliceerd in Grenzen van milieuwetenschap en -techniek.
In het onderzoek werd met succes een gelaagd PVDF-nanovezelsubstraat met een ultradunne (~ 1 m) fijne vezeltussenlaag bovenop (gemiddelde vezeldiameter 40-60 nm) gefabriceerd door elektrospinning. Een PA-selectieve laag werd gesynthetiseerd met behulp van IP op een voornoemd nanovezelsubstraat met verschillende fysisch-chemische eigenschappen. FESEM en AFM werden gebruikt om het effect van de elektrospun nanovezel tussenlaag en droogtijd op de intrinsieke scheiding FO-prestaties te bestuderen.
De scheidingsprestaties van de dubbellaagse nanovezelige FO-membranen werden onderzocht met behulp van modelvuilstoffen (natriumalginaat en runderserumalbumine) in zowel de voedingsoplossing (FS) als de trekoplossing (DS). Het dubbellaagse nanovezelsubstraat was superieur aan het enkellaagse nanovezelsubstraat en vertoonde een flux van 30,2 LMH bij gebruik van 1,5 M NaCl tegen gedeïoniseerd water in de actieve laag die naar de trekoplossingsmodus is gericht.
In de vervuilingstest werd de waterflux effectief verbeterd zonder de selectiviteit van water/opgeloste stof op te offeren onder de voorwaarde dat vervuilingen aanwezig waren in zowel de FS als de DS. Bovendien was het dubbellaagse nanovezel TFC FO-membraan robuuster tijdens de vervuilingstest en reiniging.
Deze studie toont het belang aan van de tussenlaag bij het verbeteren van het TFC FO-membraan. De tussenlaag verbeterde de selectiviteit van de PA-laag tijdens langdurig gebruik en reiniging. Kortom, de studie biedt een theoretische basis voor het onderzoek en de ontwikkeling van TFC-FO-membranen met hoge waterflux en anti-vervuiling in de daadwerkelijke afvalwaterbehandeling.
Tao Ma et al, Ontwerp van door nanovezels tussenlagen ondersteunde composietmembranen voor voorwaartse osmose en de evaluatie ervan in vervuilingsonderzoek met reiniging, Grenzen van milieuwetenschap en -techniek (2022). DOI: 10.1007/s11783-022-1550-7
Geleverd door Hoger Onderwijs Press