Кроме того, было показано, что эта мембрана универсальна; он умел отделять воду от самых разных маслянистых веществ.
Эти результаты были опубликованы в Интернете в Journal of Materials Chemistry A 3 октября 2019 г.
Вступление
Разработка технологии отделения нефти от воды имеет решающее значение для борьбы с разливами нефти и загрязнением воды в различных отраслях промышленности.
К 2025 году прогнозируется, что две трети населения мира не будет иметь достаточного доступа к чистой воде. Поэтому разработка технологий фильтрации масляных эмульсий и, таким образом, увеличения количества доступной чистой воды привлекает все большее внимание.
По сравнению с традиционными методами очистки, включая центрифугирование и химическую коагуляцию, мембранное разделение было предложено в качестве недорогой и энергоэффективной альтернативы.
Хотя эта технология получила широкое развитие, большинство мембран страдают от загрязнения, в результате чего капли масла необратимо абсорбируются на поверхность. Это приводит к закупорке пор мембраны, что снижает срок ее службы и эффективность.
Один из методов уменьшения загрязнения – это обработка поверхности мембраны. Однако многие эксперименты с этим методом столкнулись с такими проблемами, как изменение исходной структуры поверхности и разрушение обработанного поверхностного слоя сильными кислотными, щелочными и солевыми растворами. Эти проблемы ограничивают практическое применение таких мембран в суровых условиях при очистке сточных вод.
Методология исследования
В этом исследовании исследователям удалось разработать мембрану, состоящую из пористого поликетона (ПК) с нанесенным на верхнюю поверхность слоем кремнезема толщиной 10 нанометров. Этот слой диоксида кремния был сформирован на фибриллах ПК с использованием электростатического притяжения – отрицательно заряженный диоксид кремния притягивался к положительно заряженному ПК.
Мембрана PK имеет высокую водопроницаемость благодаря большим порам и высокой пористости. Процесс силицификации – добавление диоксида кремния к фибриллам ПК – обеспечивает прочное маслоотталкивающее покрытие для защиты мембраны с модифицированной поверхностью от проблем загрязнения.
Еще одним преимуществом этой мембраны является то, что она не требует большого давления для достижения высокого проникновения воды.
Мембрана демонстрирует проницаемость воды под действием силы тяжести даже при уровне воды всего 10 см (при давлении прибл. 0.01atm) был использован. Кроме того, разработанная мембрана смогла отклонить 99.9% масляных капель, в том числе размером 10 нанометров. Используя эту мембрану площадью 1 м2, 6000 литров сточных вод можно очистить за один час под давлением 1 атм.
Также было показано, что он эффективен при отделении воды от различных масляных эмульсий.
Как уже упоминалось, силификация обеспечила прочное маслоотталкивающее покрытие. В ходе экспериментов, проведенных на мембране для проверки ее устойчивости к загрязнению, было обнаружено, что масло не адсорбируется на поверхности и что капли масла можно легко счистить.
Эта мембрана показала отличную устойчивость к различным кислотным, щелочным, растворителям и солевым растворам.
Заключение
Ультратонкая мембрана, разработанная этой исследовательской группой, продемонстрировала эффективное отделение воды от маслянистых эмульсий в дополнение к устойчивости к обрастанию. Технология разделения эмульсий незаменима в борьбе с загрязнением воды и нехваткой чистой воды.
Есть надежда, что эта разработка может быть использована для очистки промышленных сточных вод.