Die Umkehrosmose (RO) hat wegen ihrer umfassenden Anwendbarkeit in der Brackwasser- und Meerwasserentsalzung große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Dünnschichtverbund (TFC)-Polyamid (PA)-RO-Membranen, die aus einer dichten Trennschicht und einer porösen Stützschicht bestehen, sind die führenden Produkte auf diesem Gebiet. Die relativ geringe Permeabilitätsselektivität der PA-RO-Membran und das Membranfouling der TFC-RO-Membran begrenzen jedoch die breite Anwendbarkeit von TFC-PA-RO-Membranen.
Die Synthese von Nanokompositmembranen hat sich als hervorragende Technologie erwiesen, um die Vorteile von Polymeren und anorganischen Nanomaterialien zu kombinieren. Die native Leistung der RO-Membran könnte durch Feinabstimmung der Zusammensetzung und Struktur verbessert werden. Beispielsweise wurde Hydrotalcit (HT) in einer wässrigen Lösung dispergiert und im Schritt der Grenzflächenpolymerisation in die PA-Matrix eingebaut, um Transportkanäle für Wasser aufzubauen.
Die erhaltene Membran zeigte eine hohe Perm-Selektivität mit erhöhtem Wasserdurchfluss, ohne die Salzabweisung zu opfern. Darüber hinaus hat sich die Membranmodifikation (einschließlich Nanopartikeleinbau, Oberflächenbeschichtung und Pfropfen) als effizienter Ansatz zur Verhinderung von Biofouling erwiesen. Darunter könnte das Pfropfen von Anti-Biofouling-Mitteln auf Nanopartikel, die in die PA-Matrix eingebettet sind, eine hervorragende Strategie sein, um RO-Membranen mit Anti-Biofouling-Eigenschaften auszustatten, ohne die PA-Matrix zu beschädigen.
HT-Nanopartikel enthalten reichlich Hydroxylgruppen, die mit Siloxy- oder Silan-Haftvermittlern reagieren können, was eine Pfropfbildung gegen Biofouling ermöglicht. Folglich können neuartige TFC-RO-Membranen mit hoher Perm-Selektivität und Anti-Biofouling-Eigenschaft erhalten werden, indem HT-Nanopartikel als Dotierstoffe in den PA-Schichten verwendet werden und Silan-Haftvermittler, die funktionelle Anti-Biofouling-Gruppen enthalten, auf die Membranoberfläche gepfropft werden.
Inspiriert von den Eigenschaften von HT-Nanopartikeln und Silan-Haftvermittlern mit quartärem Ammonium, Prof. Jian Wang vom Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization, Prof. Zhun Ma von der Shangdong University of Science and Technology, Dr. Xinxia Tian von der the Das Institut für Meerwasserentsalzung und Mehrzwecknutzung und seine Teammitglieder haben zusammengearbeitet und neuartige RO-Membranen mit anhaltender und stabiler Hochleistung entwickelt, indem sie die ursprüngliche Perm-Selektivität und die Anti-Biofouling-Eigenschaft gleichzeitig verbessert haben.
Ihre Arbeit verbessert die Leistung von TFC PA RO-Membranen erheblich, was wertvolle technische Leitlinien für die zukünftige Entsalzung liefert. Diese Studie ist veröffentlicht in Grenzen der Umweltwissenschaften und -technik.
In dieser Studie wurden die Mg-Al-CO3-HT-Nanopartikel während der Grenzflächenpolymerisation durch Dispergieren in organischen Lösungen in PA-Schichten eingebaut. Die HT-Inkorporation wurde mit einer doppelten Rolle durchgeführt, indem sie den Wasserfluss verbesserte und als Pfropfstellen fungierte. Der HT-Einbau erhöhte den Wasserfluss, ohne die Salzabweisung zu opfern, wodurch der durch die folgende Pfropfreaktion verursachte Verlust kompensiert wurde. Die exponierte Oberfläche von HT diente als Pfropfstelle für das Anti-Biofouling-Mittel Dimethyloctadecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl] Ammoniumchlorid (DMOT-PAC).
Die Kombination aus HT-Einbau und DMOTPAC-Pfropfung stattete RO-Membranen mit hoher Perm-Selektivität und Anti-Biofouling-Eigenschaften aus. Der Wasserfluss von PA-HT-0.06 betrug 49,8 l/m2•h, was 16,4 % höher war als der der reinen Membran. Die Salzabweisung von PA-HT-0,06 betrug 99,1 %, was mit der der reinen Membran vergleichbar war. Was das Fouling von negativ geladenem Lysozym betrifft, so war die Wiedergewinnung des Wasserflusses der modifizierten Membran höher als die der ursprünglichen Membran (z. B. 86,8 % PA-HT-0,06 im Vergleich zu 78,2 % PA-unberührt). Die Sterilisationsrate von PA-HT-0,06 für E. coli und B. subtilis betrug 97,3 % und 98,7 %.
Diese Studie ist die erste, die über die Bildung kovalenter Bindungen zwischen DMOTPAC und HT-Nanopartikeln berichtet, die in eine PA-Matrix eingebettet sind, um RO-Membranen mit sowohl hoher Perm-Selektivität als auch Anti-Biofouling-Eigenschaften zu erhalten. Der Einbau von Nanopartikeln und das Pfropfen funktioneller Gruppen verspricht die Entwicklung von RO-Membranen mit hoher Permselektivität und Anti-Biofouling-Eigenschaften.
Xinxia Tian et al, Herstellung einer Umkehrosmosemembran mit hoher Permselektivität und Anti-Biofouling-Eigenschaften für die Entsalzung, Grenzen der Umweltwissenschaften und -technik (2021). DOI: 10.1007/s11783-021-1497-0
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