Kredit:Xinxia Tian et al
Omvänd osmos (RO) har väckt stor uppmärksamhet för sin omfattande tillämpbarhet vid avsaltning av bräckt vatten och havsvatten. Tunnfilmskomposit (TFC) polyamid (PA) RO-membran bestående av ett tätt separerande skikt och ett poröst stödskikt har varit de ledande produkterna inom detta område. Relativt låg permeabilitetsselektivitet för PA RO-membran och membrannedsmutsning av TFC RO-membran begränsar emellertid den utbredda tillämpbarheten av TFC PA RO-membran.
Syntesen av nanokompositmembran har visat sig vara en utmärkt teknik för att kombinera fördelarna med polymerer och oorganiska nanomaterial. Den naturliga prestandan hos RO-membranet kan förbättras genom att finjustera sammansättningen och strukturen. Till exempel dispergerades hydrotalcit (HT) i en vattenlösning och införlivades i PA-matrisen i gränsytpolymerisationssteget för att konstruera transportkanaler för vatten.
Det erhållna membranet uppvisade hög perm-selektivitet med ökat vattenflöde utan att offra saltavstötning. Dessutom har membranmodifiering (inklusive inkorporering av nanopartiklar, ytbeläggning och ympning) visat sig vara ett effektivt tillvägagångssätt för att förhindra biofouling. Bland dem kan ympning av anti-biofouling-medel på nanopartiklar inbäddade i PA-matrisen en utmärkt strategi för att förse RO-membran med anti-biofouling-egenskaper utan att skada PA-matrisen.
HT-nanopartiklar innehåller rikligt med hydroxyler, som kan reagera med siloxi av silankopplingsmedel, vilket möjliggör anti-biofouling-ympning. Följaktligen kan nya TFC RO-membran med hög perm-selektivitet och anti-biofouling-egenskaper erhållas genom att använda HT-nanopartiklar som dopmedel i PA-skikten och ympa silankopplingsmedel som innehåller anti-biofouling funktionella grupper på membranytan.
Inspirerad av egenskaperna hos HT-nanopartiklar och silankopplingsmedel som innehåller kvartärt ammonium, professor Jian Wang från Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization, Prof. Zhun Ma från Shangdong University of Science and Technology, Dr. Xinxia Tian från Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization och deras teammedlemmar har arbetat tillsammans och utvecklat nya RO-membran med långvarig och stabil hög prestanda genom att förbättra den ursprungliga perm-selektiviteten och anti-biofouling-egenskapen samtidigt.
Deras arbete förbättrar avsevärt prestandan hos TFC PA RO-membran, vilket ger värdefull teknisk vägledning för avsaltning i framtiden. Denna studie är publicerad i Frontiers of Environmental Science &Engineering .
I denna studie, Mg-Al-CO3 HT-nanopartiklar införlivades i PA-skikt under gränsytepolymerisation genom dispergering i organiska lösningar. HT-inkorporering utfördes med en dubbel roll, vilket förbättrade vattenflödet och fungerade som ympningsställen. HT-införlivandet ökade vattenflödet utan att offra saltavstötningen, vilket kompenserade för förlusten orsakad av följande ympningsreaktion. Den exponerade ytan av HT fungerade som ympningsställen för anti-biobeväxningsmedel dimetyloktadecyl[3-(trimetoxisilyl)propyl]ammoniumklorid (DMOT-PAC).
Kombinationen av HT-inkorporering och DMOTPAC-transplantation gav RO-membran med hög perm-selektivitet och anti-biopåväxtegenskaper. Vattenflödet för PA-HT-0,06 var 49,8 L/m 2 •h, vilket var 16,4 % högre än det för det orörda membranet. Saltavstötningen av PA-HT-0,06 var 99,1 %, vilket var jämförbart med det för det orörda membranet. Vad beträffar nedsmutsningen av negativt laddat lysozym var vattenflödesåtervinningen av det modifierade membranet högre än det för det orörda membranet (t.ex. 86,8% PA-HT-0,06 jämfört med 78,2% av PA-orörda). Steriliseringshastigheten för PA-HT-0,06 för E. coli och B. subtilis var 97,3 % och 98,7 %.
Denna studie är den första som rapporterar bildandet av kovalenta bindningar mellan DMOTPAC och HT-nanopartiklar inbäddade i PA-matris för att erhålla RO-membran med både hög perm-selektivitet och anti-biofouling-egenskaper. Integreringen av nanopartiklar och funktionell gruppympning lovar utvecklingen av RO-membran med hög permselektivitet och anti-biopåväxtegenskaper. + Utforska vidare
