Gerichte coating verbetert grafeenoxidemembranen voor nanofiltratie

Nanofiltratie (NF) is een geavanceerde technologie voor de behandeling van afvalwater dat organische microverontreinigingen (OMP’s) bevat.

Onlangs ontwikkelde een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Wan Yinhua van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academy of Sciences een stabiel grafeenoxide nanofiltratiemembraan met uniforme poriegrootte om OMP’s te verwijderen.

De studie is gepubliceerd in de Chemical Engineering Journal op 20 januari.

Het stelt een combinatie van signaalversterkingsstrategie en defectchemie voor om de verdeling van de poriegrootte van de membranen te verminderen, waardoor een veelbelovende methode wordt geboden voor het bereiden van zeer selectieve NF-membranen.

Grafeenoxide (GO) vertoont een groot potentieel bij moleculaire zeven voor gebruik in NF. GO-membranen worden over het algemeen vervaardigd door GO-nanobladen op een poreuze dragerlaag te stapelen. Het gebruik van GO-membranen is echter beperkt vanwege hun lage stabiliteit in waterige omgevingen.

Bovendien kunnen grote defecten als gevolg van niet-uniforme afzetting van GO-nanobladen ervoor zorgen dat membranen een lage retentiecapaciteit hebben en kunnen ze ook ernstige membraanvervuiling veroorzaken.

In hun studie stelden de onderzoekers een gerichte modificatiestrategie voor om tegelijkertijd de aangroeiwerende capaciteit van GO-membranen te verbeteren en hun nanokanalen te reguleren.

IJzerionen (Fe₃⁺) worden eerst aan de GO-oplossing toegevoegd om een ​​stabiel GO-membraan (GO-Fe) te bereiden. “De toegevoegde Fe₃⁺ kan het signaal van de defecten op het GO-Fe-membraan versterken waar grotere transversale defecten ontstaan ​​als gevolg van de afstotende interactie tussen de aangrenzende GO-nanobladen, “aldus prof. Luo Jianquan van IPE.

Het GO-Fe-membraanoppervlak wordt vervolgens gemodificeerd door een gerichte coatinglaag bestaande uit looizuur-aminopropyltriethoxysilaan (TA-APTES), en de grotere membraandefecten met meer Fe₃⁺ worden vervolgens gepatcht door de dikkere TA-APTES-coating. Een dergelijke “gespikkelde” TA-APTES-coating kan tegelijkertijd het antifouling-vermogen verbeteren en de poriegrootteverdeling van het Fe verkleinen.₃⁺-gemedieerd GO-membraan.

“Vergeleken met de in de handel verkrijgbare polyamide NF-membranen, vertoont ons GO-membraan met gerichte coating hogere en stabielere afstotingen bij verschillende OMP’s, zelfs bij langdurig gebruik, cross-flowfiltratie of onder hoge druk”, aldus prof. Luo.