Förbättra antifouling-förmågan hos ett polyamid-nanofiltreringsmembran genom att minska porstorleksfördelningen via ettstegs multipel gränssnittspolymerisation. Kredit:Liu Lulu
En forskargrupp ledd av prof. Wan Yinhua från Institute of Process Engineering (IPE) vid den kinesiska vetenskapsakademin har utvecklat ett nytt antifouling-nanofiltreringsmembran för olika typer av industriell vätskeseparation. Det nya membranet tillämpar ny kunskap om rollen av porstorleksfördelning i filtrering.
Studien publicerades i ACS Applied Materials &Interfaces den 26 juli.
Nanofiltreringsmembran har fått mycket uppmärksamhet inom vattenrening och tillverkning av bioprodukter på grund av deras förmåga att exakt separera målinriktade lösta ämnen från andra komponenter.
Appliceringen av nanofiltreringsmembran inom industrin lider emellertid av membrannedsmutsning som orsakar en betydande minskning av separationsprestanda.
Till exempel, för det vanligaste tunnfilmskompositmembranet av polyamid framställt genom gränsytepolymerisation (IP), resulterar den inneboende heterogena massöverföringen av IP-processen i bred porstorleksfördelning och orsakar ojämn fördelning av permeationsflödet på membranet under filtrering, vilket försvagar nanofiltreringsmembranets antifouling-förmåga.
Dessutom har vanligt använda nanofiltreringsmembran rikligt med hydrofoba platser (d.v.s. bensenringar) i sina polyamidkedjor. Dessa platser är benägna att adsorbera hydrofoba föroreningar.
Forskarna försökte förbättra antifouling-prestandan hos ett polyamid nanofiltreringsmembran genom att minska dess porstorleksfördelning via en enstegs multipel IP-process.
I denna strategi genomgår en vattenlösning av piperazin vattenfri (PIP) och γ-(2,3-epoxipropoxi) propyltrimetoxisilan (KH560) IP med en organisk lösning av trimesoylklorid och tetraetylortosilikat (TEOS) på det porösa underlaget.
Den reaktiva tillsatsen KH560 accelererar diffusionshastigheten för PIP så att den blir anrikad vid reaktionsgränsen. Dessutom bildar hydrolysen/kondensationen av KH560 och TEOS vid den vattenhaltiga/organiska gränsytan ett interpenetrerande nätverk med polyamidnätverket, vilket reglerar separationsskiktets struktur.
Karakteriseringsresultaten indikerar att polyamid-kiseldioxidmembranet har ett tätare, tjockare och mer enhetligt separationsskikt. Medelporstorlekarna för polyamid-kiseldioxidmembranet och ett traditionellt polyamidmembran är 0,62 nm respektive 0,74 nm, och dessa motsvarar geometriska standardavvikelser (nämligen porstorleksfördelning) på 1,39 respektive 1,97. Således visar polyamid-kiseldioxidmembranet med en smalare porstorleksfördelning starkare antifouling-prestanda. I detta fall minskar flödesavklingningsförhållandet från 18,4 % till 3,8 %.
Dessutom uppvisar detta polyamid-kiseldioxidmembran en imponerande långsiktig antifouling-stabilitet under avfärgning av sockerrörsmelass vid hög temperatur (50 ℃).
"Det här arbetet tillhandahåller inte bara en ny multipel IP-strategi i ett steg för att förbereda antifouling nanofiltreringsmembran, utan betonar också vikten av porstorleksfördelning vid nedsmutsningskontroll för olika industriella vätskeseparationer", säger professor Luo Jianquan från IPE, motsvarande författare till studien. "Ett sådant nanofiltreringsmembran lovar att förbättra robustheten hos tunnfilmskompositnanofiltreringsmembran vid industriell vätskeseparation." + Utforska vidare
