Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Omvendt osmose membraner med innstillbar tykkelse

Osmose, osmotisk tryk og semipermeabel membran (Juni 2019).

Anonim

I dag er mer enn 300 millioner mennesker over hele verden avhengig av avsaltet vann for deler eller alle deres daglige behov. Den etterspørselen vil bare vokse med større befolkninger og bedre levestandard rundt om i verden.

annonse


Å få tilgang til havene for drikkevann krever imidlertid avsaltningsteknologier som er kompliserte og dyre. Den mest brukte teknologien for avsaltning er omvendt osmose (RO), en prosess der sjøvann tvinges gjennom en membran som er i stand til å fjerne salter og andre smøremiddelforurensninger. Mens bruken av RO fortsetter å stige rundt om i verden, fortsetter mange av sine ulemper, som inkluderer høyt energiforbruk og en tendens til at membranene blir ødelagte, fortsatt å plage industrien.

I dagens utgave av Science tilbyr forskere ved University of Connecticut en ny tilnærming til membranproduksjon som gjør at vi vurderer hvordan vi skal designe og bruke RO-membraner for avsalting.

Ved hjelp av en additiv produksjonsmetode som anvendte elektrospraying, var UConn-forskere i stand til å skape ultratynne, ultra-glatte polyamidmembraner som er mindre utsatt for fouling og kan kreve mindre kraft til å bevege vann gjennom dem.

"Dagens membraner for omvendt osmose er ikke laget på en måte som gjør at egenskapene deres kan kontrolleres, " sier Jeffrey McCutcheon, lektor i kjemisk og biomolekylær prosjektering og papirets tilsvarende forfatter. "Vår tilnærming bruker en" additiv "-teknikk som muliggjør kontroll av membranens grunnleggende egenskaper som tykkelse og grovhet, som for øyeblikket er umulig ved bruk av konvensjonelle metoder."

Konvensjonelle tilnærminger til å lage RO-membraner har ikke endret seg i nesten 40 år. Den tradisjonelle tilnærmingen til å lage disse membranene er kjent som grensesnittpolymerisering. Denne fremgangsmåten er avhengig av en selvterminerende reaksjon mellom en vandig faseamin og en organisk fase syrekloridmonomer. De resulterende polyamidfilmene - ekstremt tynne, svært selektive og gjennomtrengelige for vann - ble gullstandardmembranen for RO. Men ettersom feltet har avansert, må behovet for å bedre kontrollere denne reaksjonen for å tillate membraner av varierende tykkelse og grovhet for å optimalisere vannstrømmen og redusere fouling blitt mer presserende.

UConns metode gir et overlegen kontrollnivå over tykkelsen og ruheten av polyamidmembranen. Typiske polyamidmembraner har en tykkelse mellom 100 og 200 nanometer (nm) som ikke kan styres. UConns elektrospray-metode tillater kontrollert opprettelse av membraner så tynne som 15 nm og kapasiteten til å kontrollere membrantykkelsen i 4 nm trinn, et spesifikt nivå usynlig før i dette området. På samme måte har typiske RO membraner en grovhet på over 80 nm. UConn-forskere var i stand til å lage membraner med grovhet så lav som 2nm. Til tross for disse unike egenskapene fortsatte membranen å utvise høyt saltavstøtning og var robust når de ble operert under trykk som var typiske for RO.

"Vår utskriftstilnærming til å lage polyamidmembraner har den ekstra fordelen av å være skalerbar, " sier McCutcheon. "I likhet med at elektrospinning har sett dramatiske forbedringer i roll-to-roll prosessering, kan elektrospraying skaleres relativt enkelt."

Forfatterne av studien konkluderer også med at denne typen produksjon kan spare på kjemisk forbruk da tradisjonelle kjemiske bad ikke er nødvendig som en del av membranfabrikkprosessen.

"I laboratoriet bruker vi 95% mindre kjemisk volumfremstilling av membraner ved å skrive ut sammenlignet med konvensjonell grensesnittpolymerisering, sier McCutcheon, UConn School of Engineering, Al Geib, professor i miljøteknisk forskning og utdanning. "Disse fordelene vil bli forstørret i storskala membranproduksjon og gjøre prosessen mer" grønn "enn den har vært de siste 40 årene"

Denne nyskapende nye tilnærmingen er ikke begrenset til avsaltning og kan føre til bedre membraner for andre separasjonsprosesser.

"Denne metoden er ikke begrenset til å lage membraner for RO." sier McCutcheon, som i tillegg til hans faglige oppgaver også fungerer som administrerende direktør for Fraunhofer USAs senter for energiinnovasjon ved UConn, som er fokusert på å utvikle nye anvendte membranteknologier. "Vi håper faktisk at denne metoden vil gjøre det mulig å vurdere nye materialer for et myriade av membranseparasjonsprosesser, kanskje i prosesser der disse materialene ikke var eller ikke kunne brukes før."

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av University of Connecticut . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Maqsud R. Chowdhury, James Steffes, Bryan D. Huey, Jeffrey R. Mccutcheon. 3D-trykte polyamidmembraner for avsalting . Science, 2018 DOI: 10.1126 / science.aar2122