Verbetering van het aangroeiwerende vermogen van een polyamide nanofiltratiemembraan door de poriegrootteverdeling te verkleinen via eenstaps meervoudige grensvlakpolymerisatie. Krediet: Liu Lulu
Een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Wan Yinhua van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een nieuw aangroeiwerende nanofiltratiemembraan ontwikkeld voor verschillende soorten industriƫle vloeistofscheiding. Het nieuwe membraan past nieuwe kennis toe over de rol van poriegrootteverdeling bij filtratie.
De studie is gepubliceerd in ACS Toegepaste Materialen & Interfaces op 26 juli.
Nanofiltratiemembranen hebben veel aandacht gekregen op het gebied van waterzuivering en productie van bioproducten vanwege hun vermogen om gerichte opgeloste stoffen nauwkeurig te scheiden van andere componenten.
De toepassing van nanofiltratiemembranen in de industrie lijdt echter aan membraanvervuiling die een significante afname van de scheidingsprestaties veroorzaakt.
Bijvoorbeeld, voor het meest voorkomende polyamide dunne-film composietmembraan vervaardigd door grensvlakpolymerisatie (IP), resulteert de intrinsieke heterogene massaoverdracht van het IP-proces in een brede poriegrootteverdeling en veroorzaakt een ongelijkmatige permeatiefluxverdeling op het membraan tijdens filtratie, waardoor verzwakking het aangroeiwerende vermogen van het nanofiltratiemembraan.
Bovendien hebben veelgebruikte nanofiltratiemembranen overvloedige hydrofobe plaatsen (dwz benzeenringen) in hun polyamideketens. Deze plaatsen zijn gevoelig voor het adsorberen van hydrofobe vervuilingen.
De onderzoekers probeerden de aangroeiwerende prestaties van een polyamide nanofiltratiemembraan te verbeteren door de poriegrootteverdeling te verkleinen via een eenstaps meervoudig IP-proces.
In deze strategie ondergaat een waterige oplossing van watervrij piperazine (PIP) en Ī³- (2,3-epoxypropoxy) propytrimethoxysilaan (KH560) IP met een organische oplossing van trimesoylchloride en tetraethylorthosilicaat (TEOS) op de poreuze drager.
Het reactieve additief KH560 versnelt de diffusiesnelheid van PIP zodat het verrijkt wordt aan de reactiegrens. Bovendien vormt de hydrolyse/condensatie van KH560 en TEOS op het waterig/organisch grensvlak een interpenetrerend netwerk met het polyamidenetwerk, waardoor de scheidingslaagstructuur wordt geregeld.
De karakteriseringsresultaten geven aan dat het polyamide-silicamembraan een dichtere, dikkere en meer uniforme scheidingslaag heeft. De gemiddelde poriegroottes van het polyamide-silicamembraan en een traditioneel polyamidemembraan zijn respectievelijk 0,62 nm en 0,74 nm, en deze komen overeen met geometrische standaarddeviaties (namelijk poriegrootteverdeling) van respectievelijk 1,39 en 1,97. Het polyamide-silicamembraan met een smallere poriegrootteverdeling vertoont dus sterkere aangroeiwerende prestaties. In dit geval neemt de fluxvervalverhouding af van 18,4% naar 3,8%.
Bovendien vertoont dit polyamide-silicamembraan een indrukwekkende antifoulingstabiliteit op lange termijn tijdens ontkleuring van rietmelasse bij hoge temperatuur (50 ā).
“Dit werk biedt niet alleen een nieuwe eenstaps meervoudige IP-strategie om aangroeiwerende nanofiltratiemembranen te maken, maar benadrukt ook het belang van poriegrootteverdeling bij het beheersen van vervuiling voor verschillende industriĆ«le vloeistofscheidingen”, zegt prof. Luo Jianquan van IPE, corresponderend auteur van de studie. “Zo’n nanofiltratiemembraan belooft de robuustheid van dunne-film composiet nanofiltratiemembranen in industriĆ«le vloeistofscheiding te verbeteren.”
Lulu Liu et al, Verbetering van het aangroeiwerende vermogen van een polyamide nanofiltratiemembraan door de poriegrootteverdeling te verkleinen via eenstaps meervoudige grensvlakpolymerisatie, ACS Toegepaste Materialen & Interfaces (2022). DOI: 10.1021/acsami.2c09408
Geleverd door de Chinese Academie van Wetenschappen
