Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Wan Yinhua vom Institut für Verfahrenstechnik (IPE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat eine neuartige „Ätz-Quell-Pflanzung“-Strategie nach Grenzflächenpolymerisation (IP) entwickelt, um eine gemischbeladene Nanofiltration ( NF) Membrane für die Abwasserbehandlung.
Dieser Membrantyp zeigt eine hohe Permeation für anorganische Salze, während eine hohe Retention für kleine organische Stoffe aufrechterhalten wird, was vorteilhaft ist, um bei der Rückgewinnung von organischem Abwasser mit hohem Salzgehalt eine „Null-Ableitung“ zu realisieren.
Die Studie wurde veröffentlicht in Umweltwissenschaft und -technologie am 29.11.
Kommerziell erhältliche NF-Membranen sind üblicherweise negativ geladen und zeigen eine hohe Retention für zweiwertige Anionen (z. B. SO42-). Aufgrund der suboptimalen räumlichen Ladungsverteilung haben aktuelle positiv geladene NF-Membranen immer noch eine hohe Retention für Na2SO4 und neigen eher dazu, durch negativ geladene organische Stoffe im Abwasser verschmutzt zu werden.
Die Forscher versuchten, die positive Ladungsverteilung zu vertiefen und die Porengröße von Polyamid-NF-Membranen durch eine „Ätzen-Schwellen-Pflanzen“-Strategie zu verengen, um die Trennselektivität von kleinen organischen Stoffen/Na2SO4 zu verbessern.
Die reinen Polyester (PE)-Polyamid (PA) NF-Membranen wurden zuerst durch das IP-Verfahren unter Verwendung von Piperazin und Gerbsäure als wässrige Monomere und Trimesoylchlorid und Fe(acac)3 in n-Hexan als organische Monomere hergestellt. Die PE-Struktur wurde dann geätzt und in Carboxylgruppen und reaktive phenolische Hydroxylgruppen in einer alkalischen Polyethylenimin (PEI)-Lösung hydrolysiert, während gleichzeitig die PEI-Moleküle diffundierten und in das gequollene Polymernetzwerk implantiert und kovalent mit Gerbsäure innerhalb der Trennschicht verbunden wurden. Folglich wurde eine einzigartige mischgeladene Membran mit enger Porengröße durch tiefes Einfügen von Polyaminpolymeren in die negativ geladene PA-Schicht gebildet.
Diese fein regulierte Membranstruktur reduziert die Retention von Na2SO4 (von 97 % auf 43 %) und erhöht gleichzeitig die Retention von Glucose (von 45 % auf 71 %). Aufgrund ihrer hohen Oberflächenhydrophilie und -glätte sowie der Erhaltung reichlich vorhandener negativ geladener Gruppen (dh -OH und -COOH) innerhalb der PA-Schicht zeigte die resultierende Membran eine hervorragende Antifouling-Leistung, sogar für Verkokungsabwässer.
„Basierend auf der von Muscheln inspirierten Katecholaminchemie haben wir eine neue skalierbare Strategie zur Modifikation von PA-NF-Membranen entwickelt“, sagte Prof. Luo Jianquan vom IPE, korrespondierender Autor der Studie. „Unsere Arbeit betont auch die Bedeutung der Ladungsverteilung bei der präzisen Trennung geladener gelöster Stoffe.“
Mehr Informationen:
Yuling Ren et al, Einpflanzen von Anionenkanälen in eine negativ geladene Polyamidschicht für hochselektive Nanofiltrationstrennung, Umweltwissenschaft und -technologie (2022). DOI: 10.1021/acs.est.2c06582