Forscher entwickeln neuartige Antifouling-Nanofiltrationsmembranen mithilfe ionischer Flüssigkeiten

Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Wan Yinhua vom Institut für Verfahrenstechnik (IPE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat eine neue Post-Modifikationsstrategie vorgeschlagen, die darauf abzielt, eine hohe Trennselektivität und eine starke Verschmutzungsbeständigkeit von Nanofiltrationsmembranen (NF) zu erreichen . Die Strategie beinhaltet eine durch ionische Flüssigkeit (IL) induzierte Umlagerung der Polyamidquellung, die das tiefe Pfropfen von Polyelektrolyten erleichtert. Die Studie wurde im veröffentlicht AIChE-Journal.

NF ist ein vielversprechendes energiearmes Trennverfahren zur Wasserreinigung und Ressourcenrückgewinnung. Membranfouling, also die Ansammlung von Stoffen auf der Membranoberfläche und den Poren, bleibt jedoch bei praktischen Anwendungen ein anhaltendes Problem. Dies kann zu einem erhöhten Transmembranwiderstand, einem verringerten Permeatfluss und Änderungen in der Trennselektivität führen, was zu einer Verschlechterung der Qualität des produzierten Wassers führt.

Postgrafting wird häufig verwendet, um NF-Membranen zu modifizieren und die Verschmutzungstendenz durch Anpassung ihrer Hydrophilie und Ladungseigenschaften zu verringern. Allerdings führt die Oberflächenveredelung oft zu einer erheblichen Verengung oder Verstopfung der Poren, was zu einem Verlust an Permeabilität führt. Darüber hinaus haben einfach geladene Oberflächen Schwierigkeiten, gemischten Verschmutzungen mit unterschiedlichen Ladungen zu widerstehen.

„In unserer Strategie verwendeten wir eine ionische Flüssigkeit (IL)-Ethanol (EtOH), um die tiefe Pfropfung von Polyethylenimin (PEI) zu induzieren und die Polyamidschicht neu anzuordnen, wodurch die Oberflächen- und Öffnungseigenschaften der NF-Membran verbessert wurden“, erklärte Prof. Wan .

Das vorgeschlagene System nutzte die starke Affinität der IL zur Polyamidschicht und die geringe sterische Diffusionshinderung von EtOH, um das Quellen des Polyamids zu induzieren und eine tiefe Pfropfung von PEI zu erreichen. Dadurch konnten auch größere Poren gezielt gefüllt werden, was zu einer engeren Porengrößenverteilung führte. Durch das tiefe Aufpfropfen von Aminogruppen wurde die Polyamidschicht stark hydrophil und nahezu ladungsneutral, wodurch eine hervorragende Antifouling-Fähigkeit gegenüber hydrophoben Makromolekülen und gemischt geladenen Molekülen erhalten blieb.

Darüber hinaus zeigte die NF-Membran bei Tests mit Koksabwasser bzw. Melasse eine bemerkenswerte langfristige Antifouling- und Trennselektivitätsstabilität. Seine Leistung war vergleichbar mit NF270.

„Diese Studie unterstreicht die Möglichkeit, die IL-induzierte Tiefentransplantation von Polyelektrolyten zu nutzen, um die Antifouling-Leistung von NF-Membranen zu verbessern“, sagte Prof. Luo Jianquan, der korrespondierende Autor der Studie. „Es unterstreicht die Bedeutung der Lösungsmitteleigenschaften für das Pfropfverhalten und bietet eine vielseitige Plattform für die Herstellung fortschrittlicher NF-Membranen für die Abwasserbehandlung und Ressourcenrückgewinnung.“