Forskere regulerer porestørrelsesfordeling for at forbedre nanofiltreringsmembranen

En forskergruppe ledet af prof. Wan Yinhua fra Institute of Process Engineering (IPE) ved det kinesiske videnskabsakademi har udviklet en ny antifouling nanofiltreringsmembran til forskellige typer industriel væskeseparation. Den nye membran anvender ny viden om rollen af ​​porestørrelsesfordeling i filtrering.

Undersøgelsen blev offentliggjort i ACS Applied Materials &Interfaces den 26. juli.

Nanofiltreringsmembraner har fået meget opmærksomhed inden for vandrensning og fremstilling af bioprodukter på grund af deres evne til nøjagtigt at adskille målrettede opløste stoffer fra andre komponenter.

Anvendelsen af ​​nanofiltreringsmembraner i industrien lider imidlertid af membranbegroning, der forårsager et betydeligt fald i separationsydelse.

For eksempel, for den mest udbredte polyamid-tyndfilm-kompositmembran fremstillet ved grænsefladepolymerisation (IP), resulterer den iboende heterogene masseoverførsel af IP-processen i bred porestørrelsesfordeling og forårsager ujævn permeationsfluxfordeling på membranen under filtrering, hvilket svækkes nanofiltreringsmembranens antibegroningsevne.

Desuden har almindeligt anvendte nanofiltreringsmembraner rigelige hydrofobe steder (dvs. benzenringe) i deres polyamidkæder. Disse steder er tilbøjelige til at adsorbere hydrofobe begroninger.

Forskerne forsøgte at forbedre antifouling-ydeevnen af ​​en polyamid nanofiltreringsmembran ved at indsnævre dens porestørrelsesfordeling via en et-trins multipel IP-proces.

I denne strategi gennemgår en vandig opløsning af piperazin vandfri (PIP) og γ-(2,3-epoxypropoxy) propytrimethoxysilan (KH560) IP med en organisk opløsning af trimesoylchlorid og tetraethylorthosilicat (TEOS) på den porøse understøtning.

Det reaktive additiv KH560 accelererer diffusionshastigheden af ​​PIP, så det bliver beriget ved reaktionsgrænsen. Ydermere danner hydrolysen/kondensationen af ​​KH560 og TEOS ved den vandige/organiske grænseflade et interpenetrerende netværk med polyamidnetværket og regulerer således separationslagets struktur.

Karakteriseringsresultaterne indikerer, at polyamid-silica-membranen har et tættere, tykkere og mere ensartet adskillelseslag. De gennemsnitlige porestørrelser af polyamid-silica-membranen og en traditionel polyamidmembran er henholdsvis 0,62 nm og 0,74 nm, og disse svarer til geometriske standardafvigelser (nemlig porestørrelsesfordeling) på henholdsvis 1,39 og 1,97. Således viser polyamid-silica-membranen med en snævrere porestørrelsesfordeling stærkere antifouling-ydeevne. I dette tilfælde falder flux-henfaldsforholdet fra 18,4 % til 3,8 %.

Desuden udviser denne polyamid-silica-membran en imponerende langsigtet antifouling-stabilitet under affarvning af sukkerrørmelasse ved høj temperatur (50 ℃).

"Dette arbejde giver ikke kun en ny et-trins multipel IP-strategi til fremstilling af begroningshindrende nanofiltreringsmembraner, men understreger også vigtigheden af ​​porestørrelsesfordeling i begroningskontrol for forskellige industrielle væskeseparationer," siger professor Luo Jianquan fra IPE, tilsvarende forfatter til Studiet. "Sådan en nanofiltreringsmembran lover at forbedre robustheden af ​​tyndfilms sammensatte nanofiltreringsmembraner i industriel væskeseparation." + Udforsk yderligere

Ny målrettet modifikationsstrategi forbedrer selektiviteten af ​​polyamid nanofiltreringsmembraner