Die Umkehrosmose-Technologie (RO) hat aufgrund ihrer breiten Anwendbarkeit bei der Brackwasser- und Meerwasserentsalzung große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Umkehrosmosemembranen aus Dünnschichtverbund (TFC) und Polyamid (PA), bestehend aus einer dichten Trennschicht und einer porösen Trägerschicht, sind die führenden Produkte auf diesem Gebiet. Allerdings schränken die geringe Permeabilität von PA RO-Membranen und die Verschmutzung von TFC-Umkehrosmosemembranen den weit verbreiteten Einsatz von PA RO TFC-Membranen ein. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Die Synthese von Nanokompositmembranen hat sich als hervorragende Methode erwiesen, um die Vorteile polymerer und anorganischer Nanomaterialien zu kombinieren. Die natürlichen Eigenschaften von Umkehrosmosemembranen können durch eine Feinabstimmung der Zusammensetzung und Struktur verbessert werden. Beispielsweise wurde Hydrotalcit (HT) in einer wässrigen Lösung dispergiert und im Stadium der Grenzflächenpolymerisation in die PA-Matrix eingebunden, um Wassertransportkanäle zu schaffen.
Die resultierenden Membranen weisen eine hohe Permeabilitätsselektivität und einen erhöhten Wasserdurchfluss auf, ohne dass die Salzabweisung darunter leidet. Darüber hinaus hat sich die Membranmodifikation, einschließlich der Einbindung von Nanopartikeln, der Oberflächenbeschichtung und der Pfropfung, als wirksamer Ansatz zur Verhinderung von Biofouling erwiesen. Unter anderem ist das Aufpfropfen von Antifouling-Mitteln auf in die PA-Matrix eingebettete Nanopartikel eine hervorragende Strategie, um Umkehrosmosemembranen Antifouling-Eigenschaften zu verleihen, ohne die PA-Matrix zu beschädigen.
Die HT-Nanopartikel sind reich an Hydroxylgruppen, die mit den Siloxygruppen von Silankopplungsmitteln reagieren können, um eine Antifouling-Pfropfung zu erreichen. Daher kann eine neuartige TFC-Umkehrosmosemembran mit hoher Selektivität und Antifouling-Eigenschaften erhalten werden, indem HT-Nanopartikel als Dotierstoffe in der PA-Schicht verwendet und Antifouling-funktionelle Gruppen enthaltende Silankopplungsmittel auf die Membranoberfläche aufgepfropft werden.
Prof. Wang Jian vom Institut für Entsalzung und integrierte Meerwassernutzung, Prof. Ma Zhong von der Shandong University of Science and Technology, Dr. Tian Xinxia von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, inspiriert von den Eigenschaften von HT-Nanopartikeln und quaternären Silankopplungsmitteln Ammoniumsalze. , und Mitglieder ihres Teams zusammen. Es wurden Anstrengungen unternommen, um eine neue Art von Umkehrosmosemembran mit langfristig stabiler hoher Leistung zu entwickeln und gleichzeitig die ursprüngliche Permeabilitätsselektivität und Antifouling zu verbessern.
Ihre Arbeit verbesserte die Leistung der TFC PA-Umkehrosmosemembranen erheblich und lieferte wertvolle technische Ratschläge für die Zukunft der Meerwasserentsalzung. Die Studie wurde in der Zeitschrift Frontiers of Environmental Science & Engineering veröffentlicht.
In dieser Studie wurden Mg-Al-CO3 HT-Nanopartikel durch Dispersion in einer organischen Lösung während der Grenzflächenpolymerisation in eine PA-Schicht eingebaut. Der Einschluss von HT spielt eine doppelte Rolle: Es verbessert den Wasserfluss und dient als Pfropfstelle. Der Einschluss von HT erhöhte den Wasserdurchfluss, ohne die Salzabweisung zu beeinträchtigen, und kompensierte die durch die anschließende Pfropfreaktion verursachten Verluste. Die freiliegende Oberfläche des HT dient als Pfropfungsstelle für das Antifoulingmittel Dimethyloctadecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl]ammoniumchlorid (DMOT-PAC).
Die Kombination aus HT-Integration und DMOTPAC-Pfropfung verleiht Umkehrosmosemembranen eine hohe Permeabilitätsselektivität und Antifouling-Eigenschaften. Der Wasserdurchfluss von PA-NT-0,06 betrug 49,8 l/m2·h, was 16,4 % höher ist als der der ursprünglichen Membran. Der Rückhaltegrad des PA-HT-0,06-Salzes betrug 99,1 %, was mit dem der Originalmembran vergleichbar ist. Im Hinblick auf die Kontamination mit negativ geladenem Lysozym war die Wasserflussrückgewinnung der modifizierten Membran höher als die der ursprünglichen Membran (z. B. 86,8 % für PA-HT-0,06 gegenüber 78,2 % für PA-Original). Der Grad der bakteriziden Aktivität von PA-HT-0.06 gegen Escherichia coli und Bacillus subtilis betrug 97,3 % bzw. 98,7 %.
Diese Studie ist die erste, die über die Bildung kovalenter Bindungen zwischen DMOTPAC und HT-Nanopartikeln berichtet, die in PA-Matrizen eingebettet sind, um Umkehrosmosemembranen mit hoher Permeabilitätsselektivität und Antifouling-Eigenschaften herzustellen. Der Einbau integrierter Nanopartikel und das Pfropfen funktioneller Gruppen ermöglichen die Entwicklung von Umkehrosmosemembranen mit hoher Permeabilitätsselektivität und Antifouling-Eigenschaften.
Weitere Informationen: Xinxia Tian et al., Vorbereitung einer Umkehrosmosemembran mit hoher Selektivität und Antifouling-Eigenschaften für die Meerwasserentsalzung, Frontiers in Environmental Science and Engineering (2021). DOI: 10.1007/s11783-021-1497-0
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 04.01.2023