Experiment toont aan dat structuren op nanoschaal de ontzilting van zeewater met omgekeerde osmose kunnen verbeteren

Een multinationaal team van onderzoekers heeft een proces ontwikkeld dat voortbouwt op het succes van de huidige omgekeerde osmoseprocessen die zout uit zeewater verwijderen. Onderzoekers onder leiding van professor Heqing Jiang van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences publiceerden hun bevindingen op 18 november 2022 in Nano-onderzoek.

De kern van omgekeerde osmoseprocessen die voor ontzilting worden gebruikt, is een dunne filmcomposiet, een polyamidemembraan genaamd.

Het polyamidemembraan heeft de markt gedomineerd voor ontziltingstoepassingen die worden ingezet waar zoet water schaars is, maar de introductie van structuren op nanoschaal kan een technologische sprong voorwaarts betekenen – wat hard nodig is in delen van de wereld naarmate de zoetwatertekorten verergeren.

Het tekort aan zoet water en de waterverontreiniging, veroorzaakt door snelle bevolkingsgroei en industriële expansie, is een ernstig probleem geworden, volgens Jiang en zijn co-auteurs, die afkomstig zijn uit instellingen in Egypte, Saoedi-Arabië en China – allemaal plaatsen met kleine hoeveelheden water. zoet water schaarste.

Jiang en zijn collega’s voerden de creatie uit van een multifunctionele kroonether-tussenlaag binnen een polyamidemembraan, in de hoop dat dit de scheidingsprestaties zou verbeteren.

“Met behulp van de kroonether-tussenlaag verkrijgt het polyamidemembraan meer structuren op nanoschaal op het membraanoppervlak en een dikte op nanoschaal, die bevorderlijk zijn voor het verbeteren van de waterprestaties, omdat de eerste het effectieve filtratiegebied vergroot, terwijl de laatste de massa aanzienlijk vermindert.” overdrachtsweerstand, ‘zei Jiang.

“Bovendien kunnen poriën op nanoschaal in het membraan snelle kanalen bieden om watertransport te bevorderen. Het ontwikkelde polyamidemembraan vertoont een superieure waterdoorlatendheid ten opzichte van het ongerepte polyamidemembraan terwijl het een vergelijkbare zoutafstoting handhaaft.”

Het onderzoek komt te midden van andere inspanningen om microstructuren te ontwikkelen die aan het polyamidemembraan kunnen worden toegevoegd om de efficiëntie van omgekeerde osmose te verhogen, wat zorgt voor meer drinkwaterdoorvoer per gegeven filtratie-eenheid.

In dit geval bereidden de onderzoekers het membraan voor door kroonether op het substraat te sproeien dat was geïmpregneerd met een waterige amine-oplossing, vervolgens verder behandeld met een trimesoylchloride/hexaan-oplossing om een ​​polymerisatiereactie te creëren, wat leidde tot de resulterende nanostructuren en een grote bijdrage leverde aan de effectieve werking van het membraan. oppervlakte, evenals een significante afname in dikte.

“De nieuwigheid van dit werk is de ontwikkeling van een door kroonether tussenlaag gemoduleerd polyamidemembraan, dat uitstekende scheidingsprestaties vertoont en profiteert van de constructie van microstructuren op nanoschaal, ” zei Jiang.

“De kroonether-tussenlaag verlaagt niet alleen de grensvlakpolymerisatiereactiesnelheid, maar regelt ook de reactie in de besloten ruimte, zodat een ultradunne en uniforme polyamidelaag met regelmatige structuren op nanoschaal wordt gevormd. De scheidingsprestaties van dit soort membraan zijn beter dan de natief polyamidemembraan (onze controle), wat aangeeft dat het construeren van een tussenlaag een betere strategie is om de microstructuur en prestaties van het polyamidemembraan te moduleren.”

Er werden meerdere technieken gebruikt om de testmembraanmonsters te evalueren, waaronder infraroodspectroscopie en röntgenfoto-elektronenspectroscopie. Jiang zei dat een volgende stap in dit onderzoek is om te onderzoeken of deze positieve resultaten herhaalbaar en schaalbaar zijn, informatie die nodig is om het potentieel van de technologie voor toekomstige commerciële levensvatbaarheid te beoordelen.

“Membraangebaseerde scheidingstechnologie is van vitaal belang voor industriële toepassingen, vooral bij de scheiding van kleine moleculen/ionen”, zei hij.

“Hoogwaardige membranen zijn een permanent streven, omdat ze niet alleen de scheidingskwaliteit kunnen verhogen, maar ook de scheidingsefficiëntie kunnen verbeteren. Gezien de efficiënte modulatie van kroonether op microstructuren van polyamidemembranen en de prominente verbetering van de scheidingsprestaties, zullen we de haalbaarheid van grootschalige membraanfabricage en onderzoek de invloed van kroonether op de scheidingsprestaties met behulp van echt zeewater als voedingsoplossing.”

“Het is ook belangrijk om de toepassingen van polyamidemembranen bij de scheiding van organische oplosmiddelen, gasscheiding en andere scheidingsprocessen uit te breiden.”