Membran kan bedre behandle spildevand, genvinde værdifulde ressourcer

En membran bestående af blokpolymerer har de tilpassede og ensartede porestørrelser, der er nødvendige for at filtrere eller genvinde bestemte stoffer fra spildevand, siger forskere i en anmeldelse offentliggjort i npj rent vand .

Nogle dele af verden har et stigende behov for at generere drikkebart vand fra spildevand på grund af overdreven kemisk udledning til typiske vandkilder eller mangel på nedbør. Forskere fra Purdue University og University of Notre Dame mener, at en blokpolymermembran ikke kun kunne forbedre afsaltning og filtrering af spildevand, men kan også bruges i kommende hybride vandbehandlingsprocesser, der samtidig genvinder stoffer til andre formål.

"Nuværende nanofiltreringsmembraner, der bruges til afsaltning, har en tendens til at adskille ting baseret på størrelse og elektrostatiske interaktioner, men ikke kemisk identitet, " sagde Bryan Boudouris, Purdues Robert og Sally Weist lektor i kemiteknik. "Hvis vi skræddersyr den rigtige membran til den rigtige applikation til at begynde med, så bliver der brugt mindre energi."

Et problem med nanofiltreringsmembraner er uregelmæssige porestørrelser, der har tendens til at tillade for meget af et stof ind i det filtrerede vand. På grund af stærke kovalente bindinger, der binder blokkene af forskellige polymerer sammen i en blokpolymermembran, huller i nanoskala i modsætning til huller i makroskala dannes mellem polymererne. Dette resulterer i et tættere mønster af mindre porer med alle samme størrelse i hele membranen, som ingeniører kan justere for at forbyde indtrængen af ​​en række partikler.

Blokpolymerer adresserer også det faktum, at forskellige stoffer reagerer på membraner forskelligt på grund af kemiske egenskaber. Ændring af den tredje blok, som linjer indersiden af ​​en poreåbning, tiltrækker visse molekyler frem for andre.

"Den tredje blok er noget, vi kan kontrollere rimeligt godt, og forhåbentlig, der i sidste ende styrer afvisning eller absorption af ting i vandet eller væsken, som du vil fjerne, " sagde David Corti, Purdue professor i kemiteknik.

Evnen til at tilpasse porestørrelse og kemi betyder, at blokpolymermembraner mere effektivt kan genvinde værdifulde ressourcer, såsom guld og sølv, og tungmetaller, der skal bortskaffes på en bestemt måde eller indsamles til andre formål, sagde Boudouris.

Ved at gøre sådan, membranerne ville være ideelle til eventuelle hybridvandbehandlingsprocesser, som afsalter vand samt genvinder næringsstoffer og opfanger metaller.

"I fremtidige hybride processer, et afsaltningstrin kan være et sidste afsluttende trin for at producere drikkevand, efter at flere opstrømstrin er brugt til at genvinde materiale eller energi fra en strøm af spildevand, " sagde William Phillip, University of Notre Dame lektor i kemisk og biomolekylær teknik.

Mens blokpolymermembraner ville være lidt dyrere at fremstille end nanofiltreringsmembraner, deres modstandsdygtighed og evne til at reducere kemiske krav til membranrensning betyder mindre kapitalinvesteringer og miljøbelastning.

"Hvis potentialet for blokpolymermembraner til afsaltningsapplikationer kan realiseres, og disse membraner er mere selektive og mere modstandsdygtige end de nyeste afsaltningsmembraner, deres øgede omkostninger kan opvejes af evnen til at reducere drifts- og kapitalomkostninger ved afsaltning, " sagde Philip.

Multifunktionaliteten af ​​en blokpolymer er ikke begrænset til vandbehandlingsanlæg; backpackere kunne også gøre brug af disse membraner under vandreture.

"Filtre, der bruges af backpackere, er udstyret med en række forskellige typer størrelse-selektive membraner, så blokpolymerfilm kan bruges som potentielle erstatninger, " sagde Philip.