Selektivt permeabla membran tillverkade av förnybara växtbaserade material kan avsevärt förbättra den kemiska industrins miljömässiga meriter. Ett KAUST-team har testat livskraften hos cellulosamembran för att visa att de effektivt kan rena avloppsvatten.

Att använda polymermembran för att separera blandningar är vanligt vid avsaltning, där havsvatten passerar genom membran blir drickbart eftersom membranet blockerar saltet. Liknande membran används av den kemiska industrin som en grön metod för att rena produkter eller sanera avfall. Dock, membranen tillverkas vanligtvis genom att lösa upp polymerer i giftiga, flyktiga organiska lösningsmedel.

Att ersätta dessa lösningsmedel är ett viktigt mål för KAUST Professor Suzana Nunes. En potentiell ersättning som undersökts av Nunes och hennes team är icke-flyktiga lösningsmedel som kallas joniska vätskor, som kan ha betydligt mindre miljöpåverkan än organiska lösningsmedel. De kan också lösa upp membranutgångsmaterial som är svåra att lösa i organiska lösningsmedel, såsom cellulosa.

"Cellulosa är en riklig naturlig polymer som kan hämtas från växter och bakterier, " säger DooLi Kim, en före detta Ph.D. student från Nunes team, arbetar nu med en postdoc vid University of Twente i Nederländerna. Fördelarna med cellulosa, inklusive dess hållbarhet och mycket starka men kemiskt inställbara struktur, gör det till ett mycket lovande grönt membranmaterial.

I deras senaste studie, Nunes testade cellulosamembranens livsduglighet, gjutna från joniska vätskor, för att rengöra oljigt avloppsvatten. "Foljigt avloppsvatten är en av de största biprodukterna av kemikalier, petrokemisk industri och livsmedelsindustri, säger Sara Livazovic, även en före detta Ph.D. student från Nunes team, som gick med i Dow Chemical efter examen. "I regioner som Saudiarabien, där olje- och gasindustrin är dominerande, maximal oljeavskiljning från olja-i-vatten-emulsioner är ett attraktivt koncept."

Teamets cellulosamembran var mycket effektiva för att separera olja-i-vatten-blandningar. "Cellulosamembran framställda med hydrofil jonisk vätska visade nästan 100 procent borttagning av råolja från olja-i-vatten-emulsioner, " säger Livazovic.

"Det cellulosabaserade membranet hade en otrolig antibiofouling-prestanda, " tillägger Kim. Tack vare sin hydrofila yta, färre oljeavlagringar fastnar på membranet, och alla som fastnade tvättades lätt ut.

Ett kvarvarande hinder är den höga kostnaden för joniska vätskor jämfört med organiska lösningsmedel – även om teamet tidigare visade att joniska vätskor kan återvinnas upp till 99 procent genom enkla steg som destillation. "Om återvunna joniska vätskor kan återanvändas i membrantillverkningsprocessen, produktionskostnaderna kommer att minska och processen skulle bli ännu mer miljövänlig, " säger Kim.