Forskare under ledning av professor Matsuyama Hideto och professor Yoshioka Tomohisa vid Kobe Universitys forskningscenter för membran- och filmteknologi har lyckats utveckla ett ultratunt membran med en beväxningsbeständig ytbehandling av kiseldioxid för högpresterande separation av olja från vatten. Vidare, detta membran visade sig vara mångsidigt; den kunde separera vatten från en mängd olika oljiga ämnen. Resultaten publicerades online i Journal of Materials Chemistry A den 3 oktober 2019.

Utvecklingen av teknik för att separera olja från vatten är avgörande för att hantera oljeutsläpp och vattenföroreningar som genereras av olika industrier. Senast 2025, det förutses att två tredjedelar av världens befolkning inte kommer att ha tillräcklig tillgång till rent vatten. Därför, teknik för att filtrera oljiga emulsioner och därmed öka mängden tillgängligt rent vatten är nyckeln.

Jämfört med traditionella reningsmetoder inklusive centrifugering och kemisk koagulering, membranseparation har föreslagits som en låg kostnad, energieffektivt alternativ. Även om denna teknik har utvecklats mycket, de flesta membran drabbas av föroreningsproblem där droppar olja absorberas irreversibelt på ytan. Detta leder till blockering av membranporer, och minskar sedan dess livslängd och effektivitet.

En metod för att mildra föroreningsproblemen är att lägga till ytbehandlingar till membranet. Dock, många experiment med denna metod har stött på problem som förändringar i den ursprungliga ytstrukturen och försämring av det behandlade ytskiktet av stark syra, alkaliska och saltlösningar. Dessa frågor begränsar de praktiska tillämpningarna av sådana membran under de tuffa förhållandena under avloppsrening.

I den här studien, forskare lyckades utveckla ett membran bestående av ett poröst polyketonstöd (PK) med ett 10 nano meter tjockt kiseldioxidskikt applicerat på den övre ytan (figur 1). Detta kiseldioxidskikt bildades på PK-fibrillerna med hjälp av elektrostatisk attraktion - den negativt laddade kiseldioxiden attraherades till den positivt laddade PK.

PK-membranet har en hög vattenpermeans på grund av dess stora porer och höga porositet. Kyldgöringsprocessen- tillsats av kiseldioxid på PK-fibrillerna- ger en stark oljeavvisande beläggning för att skydda det ytmodifierade membranet från föroreningsproblem.

En annan fördel med detta membran är att det inte kräver något stort tryck för att uppnå hög vattenpenetration. Membranet uppvisade vattengenomträngning genom gravitation - även när en vattennivå så låg som 10 cm (med ett tryck på ca 0,01 atm) användes. Dessutom, det utvecklade membranet kunde avvisa 99,9% av oljedropparna- inklusive de med en storlek på 10 nanometer. Genom att använda detta membran med en yta på 1 m ² , 6000 liter avloppsvatten kan behandlas på en timme under ett pålagt tryck på 1 atm. Det visade sig också vara effektivt för att separera vatten från olika oljiga emulsioner (figur 2).

Såsom nämnts, silifieringen gav en stark oljeavstötande beläggning. Genom de experiment som utfördes på membranet för att testa dess hållbarhet mot nedsmutsning, det upptäcktes att olja inte adsorberades på ytan och att oljedropparna lätt kunde rengöras (figur 3). Detta membran visade stor tolerans mot en mängd olika sura, alkalisk, lösningsmedel och saltlösningar.

Det ultratunna membranet som utvecklats av denna forskargrupp har visat effektiv separation av vatten från oljiga emulsioner, förutom anti-fouling motstånd. Teknik för att separera emulsioner är oumbärlig i kampen mot vattenföroreningar och brist på rent vatten. Förhoppningen är att denna utveckling skulle kunna utnyttjas vid rening av industriavloppsvatten.