Udvikling af ultratynd holdbar membran til effektiv olie- og vandseparation

Forskere ledet af professor Matsuyama Hideto og professor Yoshioka Tomohisa ved Kobe Universitets forskningscenter for membran- og filmteknologi er lykkedes med at udvikle en ultratynd membran med en begroningsbestandig silicaoverfladebehandling til højtydende adskillelse af olie fra vand. Desuden, denne membran viste sig at være alsidig; det var i stand til at adskille vand fra en lang række forskellige olieagtige stoffer. Resultaterne blev offentliggjort online i Journal of Materials Chemistry A den 3. oktober 2019.

Udviklingen af ​​teknologi til at adskille olie fra vand er afgørende for at håndtere olieudslip og vandforurening genereret af forskellige industrier. Inden 2025, det forudsiges, at to tredjedele af verdens befolkning ikke vil have tilstrækkelig adgang til rent vand. Derfor, teknologier til at filtrere olieagtige emulsioner og dermed øge mængden af ​​tilgængeligt rent vand er nøglen.

Sammenlignet med traditionelle oprensningsmetoder, herunder centrifugering og kemisk koagulering, membranadskillelse er blevet foreslået som en billig, energieffektivt alternativ. Selvom denne teknologi er blevet stærkt udviklet, de fleste membraner lider af begroningsproblemer, hvorved dråber af olie absorberes irreversibelt på overfladen. Dette fører til blokering af membranporer, efterfølgende reducere dens levetid og effektivitet.

En metode til at afbøde begroningsproblemerne er at tilføje overfladebehandlinger til membranen. Imidlertid, mange forsøg med denne metode har stødt på problemer såsom ændringer i den oprindelige overfladestruktur og forringelse af det behandlede overfladelag af stærk syre, alkaliske og saltopløsninger. Disse problemer begrænser den praktiske anvendelse af sådanne membraner under de barske forhold under spildevandsbehandling.

I dette studie, Det lykkedes for forskere at udvikle en membran bestående af en porøs polyketon (PK) støtte med et 10 nanometer tykt silicalag påført på den øverste overflade (figur 1). Dette silicalag blev dannet på PK-fibrillerne ved hjælp af elektrostatisk tiltrækning - det negativt ladede silica blev tiltrukket af det positivt ladede PK.

PK-membranen har en høj vandpermeans på grund af dens store porer og høje porøsitet. Silicificeringsprocessen - tilsætning af silica på PK-fibrillerne - giver en stærk olieafvisende belægning for at beskytte den overflademodificerede membran mod tilsmudsningsproblemer.

En anden fordel ved denne membran er, at den ikke kræver stor trykpåføring for at opnå høj vandindtrængning. Membranen udviste vandgennemtrængning af tyngdekraften - selv når en vandstand så lav som 10 cm (med et tryk på ca. 0,01 atm) blev udnyttet. Ud over, den udviklede membran var i stand til at afvise 99,9% af oliedråberne - inklusive dem med en størrelse på 10 nanometer. Ved at bruge denne membran med et areal på 1 m ² , 6000 liter spildevand kan renses på en time under et påført tryk på 1 atm. Det viste sig også at være effektivt til at adskille vand fra forskellige olieagtige emulsioner (figur 2).

Som sagt, silificeringen gav en stærk olieafvisende belægning. Gennem eksperimenterne udført på membranen for at teste dens holdbarhed mod begroning, det blev opdaget, at olie ikke blev adsorberet på overfladen, og at oliedråberne let kunne renses af (Figur 3). Denne membran viste stor tolerance over for en række forskellige sure, alkalisk, opløsningsmiddel og saltopløsninger.

Den ultratynde membran udviklet af denne forskergruppe har demonstreret effektiv adskillelse af vand fra olieagtige emulsioner, ud over antibegroningsmodstand. Teknologi til at adskille emulsioner er uundværlig i kampen mod vandforurening og mangel på rent vand. Det er håbet, at denne udvikling vil kunne udnyttes til rensning af industrispildevand.