En konstnärs återgivning av ljusinducerad självrengöring av ett nedsmutsat membran. Kredit:Argonne National Laboratory
Forskare vid Department of Energys (DOE) Argonne National Laboratory har utvecklat en ljusaktiverad beläggning för filtreringsmembran - den typ som används i vattenreningsanläggningar, på halvledartillverkningsanläggningar och inom livsmedels- och dryckesindustrin – för att göra dem självrengörande, eliminerar behovet av att stänga av system för att reparera dem.
Billigt och effektivt, vattenfiltreringsmembran har funnits i åratal men har alltid varit sårbara för igensättning från organiska och oorganiska material som stoppar sina porer över tiden, ett fenomen som kallas fouling.
"Allt du sticker i vatten kommer att bli smutsigt förr eller senare, " sa Argonne seniorforskare Seth Darling.
Darling är chef för Argonnes Advanced Materials for Energy-Water Systems (AMEWS) Center, ett Energy Frontier Research Center (EFRC) sponsrat av DOE.
"Nästan alla membran som används i den verkliga världen fungerar av en fysisk mekanism, små hål som blockerar allt du försöker filtrera bort, " sa han. "Men de sysslar inte med någon kemi. Det är vad vi har försökt förändra genom att sätta en beläggning på membranet som ger det kemisk funktionalitet."
"Det är det som skiljer vår upptäckt från tidigare arbete inom detta område, sa Seth Darling, senior forskare vid Department of Energy's Argonne National Laboratory. "Membranet kan fortsätta att vara i drift, eliminerar behovet av, till exempel, stäng av ett filtreringssystem för att rengöra eller byta ut nedsmutsade delar. "
Medan de som arbetar med vattenfiltrering har haft viss framgång med att ta bort, rengöring och byte av nedsmutsade membran, processen är långt ifrån idealisk eftersom den tar membranen – och ibland hela vattenbehandlingssystem – ur drift.
"Vad vi försöker göra är att förhindra detta helt, "Sa älskling.
Han och hans team är nya, Lågkostnadsutveckling är en spelomvandlare för industrier som förlitar sig på denna typ av teknik.
Beläggningen de använder är baserad på titandioxid, eller TiO 2 , som har undersökts för vattenreningstillämpningar i åratal på grund av dess höga stabilitet, icke-toxicitet, låg kostnad och biokompatibilitet.
Darling och hans team tog tekniken ett steg längre genom att tillsätta lite kväve till mixen. Processen, kallas kvävedopning, gör membranet känsligt för synligt ljus. Beläggningen fungerar som en katalysator som bryter ned föroreningar, släpper ut dem från membranet, vilket gör det rent.
"Normal TiO 2 skulle fungera men bara med ultraviolett ljus, " sa Huiru Zhang, en doktorand som arbetat med projektet. "Det kan vara vettigt i vissa situationer, men det är mycket mindre tillgängligt än synligt ljus."
Jämfört med vanlig TiO 2 , kvävedopad TiO 2 -belagda membran visar en 24 gånger högre fotokatalytisk effektivitet under solljus.
Argonnes framgång på detta område är unik:Aldrig tidigare hade forskare kunnat få membran att rengöra sig själva medan de fortfarande fungerar som ett filter.
"Det är det som skiljer vår upptäckt från tidigare arbete inom detta område, "Darling sa." Membranet kan fortsätta att vara i drift, eliminerar behovet av, till exempel, stänga av ett filtreringssystem för att rengöra eller byta ut nedsmutsade delar."
Darling och hans team publicerade nyligen sina fynd i tidningen Avancerade funktionella material .
"I princip, vår upptäckt kan användas var som helst där membran finns i vatten, och även som en beläggning på andra komponenter i vattensystem, " sa Darling.
