Eine vielversprechende Lösung zur Verbesserung der Oberflächenhydrophobie von hydrophoben Membranen

Wie viele Chemiker wissen, hat das Membrandestillationsverfahren (MD) zunehmend an Popularität und Aufmerksamkeit für die Salzbehandlung gewonnen, insbesondere wegen seiner extrem hohen Salzrückhaltung (theoretischer Wert bis zu 100 %). Bei MD dient die hydrophobe Membran als Kern und wesentlicher Bestandteil der Realisierung einer Zweiphasentrennung. Das vorhandene Membranbenetzungsphänomen schränkt jedoch immer den langzeitstabilen Betrieb und die Trennleistung ein.

Zhaoliang Cui, Professor am College of Chemical Engineering der Nanjing Tech University, und Kollegen haben eine vielversprechende Lösung zur Lösung dieses Problems gefunden, indem sie eine hydrophobe Poly(vinlidenfluorid-co-hexafluorpropylen) (PVDF-HFP)-Copolymermembran zur Verbesserung der Oberfläche hergestellt haben Hydrophobie. Ihre Studie wurde online in veröffentlicht Grenzen der chemischen Wissenschaft und Technik am 28. März 2022.

In dieser Studie wurde ein hydrophobes fluoriertes Polymermaterial, PVDF-HFP, als Membranmaterial ausgewählt, um eine poröse Membran für die Membrandestillationsanwendung herzustellen. Zur Herstellung der Membran wurde das Verfahren der thermisch induzierten Phasentrennung (TIPS) eingesetzt, das ein übliches Herstellungsverfahren ist. Um den Schaden durch die Verflüchtigung des verwendeten Lösungsmittels bei hoher Temperatur während des TIPS-Prozesses zu verringern, wurde das grüne und umweltfreundliche Verdünnungsmittel Acetyltributylcitrat (ATBC) verwendet.

Gemäß dem Phasendiagramm des PVDF-HFP/ATBC-Systems gab es einen breiten Flüssig-Flüssig-Phasenbereich im Bereich der hergestellten Polymerkonzentrationen (25–40 Gew.-%), was anzeigt, dass eine Flüssig-Flüssig-Phasentrennung auftritt. Als Ergebnis kann eine endgültige bikontinuierliche Struktur erhalten werden. Die Porenkonnektivität, Permeabilität und mechanischen Eigenschaften einer solchen Struktur werden den Massentransfer während des Trennverfahrens begünstigen. Der Oberflächenkontaktwinkel, die Porosität, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung der hergestellten Membranen in dieser Studie betrugen bis zu 123,87º, 60,43 %, 5,89 MPa bzw. 396,85 %.

Dann wurden die hergestellten PVDF-HFP-Membranen in dem Membrandestillationsverfahren angewendet, das 3,5 Gew.-% NaCl-Kochsalzlösung behandelte. Zunächst wurde die Basenentsalzungsleistung bei verschiedenen Zufuhrtemperaturen getestet, was zeigte, dass der Permeatfluss proportional zur Zufuhrtemperatur blieb. Dies entspricht dem allgemeinen Wissen. Außerdem hatte die präparierte Membran über einen längeren Testzeitraum einen stabilen Membrandestillationsfluss und wurde nicht benetzt (die permeierte Leitfähigkeit lag immer bei etwa 2–3 mS·cm−1). Das sind alles spannende und zufriedenstellende Ergebnisse.

Cui und sein Team werden ihre Studie zur Herstellung von hydrophoben oder superhydrophoben Membranen für Membrandestillationsanwendungen fortsetzen. Sie hoffen, genügend funktionale hydrophobe Membranen herzustellen, um das endgültige Ziel zu erreichen, keine flüssigen Ausscheidungen von verschwendeter Kochsalzlösung zu verursachen, um die industriellen Rohstoffe und Wasserressourcen recyceln zu können.

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