Ny teknologi til forbedring af RO-membraners høje permselektivitet og anti-biobegroningsegenskaber

Omvendt osmose (RO) har tiltrukket bred opmærksomhed for sin omfattende anvendelighed i brakvand og afsaltning af havvand. Tyndfilmskomposit (TFC) polyamid (PA) RO-membraner bestående af et tæt adskillelseslag og et porøst støttelag har været de førende produkter på dette område. Imidlertid begrænser relativt lav permeabilitet-selektivitet af PA RO-membran og membrantilsmudsning af TFC RO-membran den udbredte anvendelighed af TFC PA RO-membraner.

Syntesen af ​​nanokompositmembraner har vist sig at være en fremragende teknologi til at kombinere fordelene ved polymerer og uorganiske nanomaterialer. Den native ydeevne af RO-membran kan forbedres ved at finjustere sammensætningen og strukturen. For eksempel blev hydrotalcit (HT) dispergeret i en vandig opløsning og inkorporeret i PA-matrix i grænsefladepolymerisationstrinnet for at konstruere transportkanaler for vand.

Den opnåede membran udviste høj perm-selektivitet med øget vandflux uden at ofre saltafvisning. Derudover har membranmodifikation (herunder inkorporering af nanopartikler, overfladebelægning og podning) vist sig at være en effektiv tilgang til at forhindre biobegroning. Blandt dem kunne podning af anti-biofouling-midler på nanopartikler indlejret i PA-matrixen en fremragende strategi til at give RO-membraner anti-biofouling-egenskaber uden at beskadige PA-matrixen.

HT nanopartikler indeholder rigelige hydroxyler, som kan reagere med siloxy af silan-koblingsmidler, hvilket muliggør anti-biofouling-podning. Som følge heraf kan nye TFC RO-membraner med høj perm-selektivitet og anti-biofouling-egenskaber opnås ved at anvende HT-nanopartikler som dopingmidler i PA-lagene og pode silan-koblingsmidler indeholdende anti-biofouling-funktionelle grupper på membranoverfladen.

Inspireret af egenskaberne ved HT-nanopartikler og silankoblingsmidler indeholdende kvaternært ammonium, professor Jian Wang fra Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization, prof. Zhun Ma fra Shangdong University of Science and Technology, Dr. Xinxia Tian fra Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization og deres teammedlemmer har arbejdet sammen og udviklet nye RO-membraner med langvarig og stabil høj ydeevne ved at forbedre den oprindelige perm-selektivitet og anti-biobegroningsegenskaber samtidigt.

Deres arbejde forbedrer i høj grad ydeevnen af ​​TFC PA RO-membraner, som giver værdifuld teknisk vejledning til afsaltning i fremtiden. Denne undersøgelse er offentliggjort i Grænser for miljøvidenskab og teknik .

I denne undersøgelse er Mg-Al-CO₃ HT-nanopartikler blev inkorporeret i PA-lag under grænsefladepolymerisation ved at dispergere i organiske opløsninger. HT-inkorporering blev udført med en dobbelt rolle, hvilket øgede vandfluxen og fungerede som podningssteder. HT-inkorporeringen øgede vandstrømmen uden at ofre saltafvisningen, hvilket kompenserede for tabet forårsaget af den følgende podningsreaktion. Den eksponerede overflade af HT fungerede som podningssteder for antibiobegroningsmiddel dimethyloctadecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl]ammoniumchlorid (DMOT-PAC).

Kombinationen af ​​HT-inkorporering og DMOTPAC-podning gav RO-membraner høj perm-selektivitet og anti-biobegroningsegenskaber. Vandstrømmen af ​​PA-HT-0,06 var 49,8 L/m ² •h, hvilket var 16,4 % højere end den uberørte membrans. Saltafvisningen af ​​PA-HT-0,06 var 99,1 %, hvilket var sammenligneligt med den uberørte membrans. Med hensyn til tilsmudsning af negativt ladet lysozym var vandfluxgenvindingen af ​​den modificerede membran højere end den for den uberørte membran (f.eks. 86,8% PA-HT-0,06 sammenlignet med 78,2% af PA-urørt). Steriliseringshastigheden for PA-HT-0,06 for E. coli og B. subtilis var 97,3 % og 98,7 %.

Denne undersøgelse er den første til at rapportere dannelsen af ​​kovalente bindinger mellem DMOTPAC og HT-nanopartikler indlejret i PA-matrix for at opnå RO-membraner med både høj perm-selektivitet og anti-biobegroningsegenskaber. Integration af nanopartikler og funktionel gruppepodning løfter udviklingen af ​​RO-membraner med høj permselektivitet og anti-biobegroningsegenskaber. + Udforsk yderligere

Forskere skærer tænderne på ny separationsteknologi