Onderzoekers onder leiding van professor Matsuyama Hideto en professor Yoshioka Tomohisa van het onderzoekscentrum voor membraan- en filmtechnologie van de Kobe University zijn erin geslaagd een ultradun membraan te ontwikkelen met een aangroeiwerende silica-oppervlaktebehandeling voor hoogwaardige scheiding van olie en water. Verder, dit membraan bleek veelzijdig te zijn; het was in staat om water te scheiden van een grote verscheidenheid aan verschillende olieachtige stoffen. De resultaten werden online gepubliceerd in de Journal of Materials Chemistry A op 3 oktober 2019.

De ontwikkeling van technologie om olie van water te scheiden is cruciaal voor het aanpakken van olielozingen en watervervuiling die door verschillende industrieën worden veroorzaakt. tegen 2025, er wordt voorspeld dat tweederde van de wereldbevolking onvoldoende toegang zal hebben tot schoon water. Daarom, technologieën om olieachtige emulsies te filteren en zo de hoeveelheid beschikbaar schoon water te vergroten, zijn essentieel.

Vergeleken met traditionele zuiveringsmethoden, waaronder centrifugeren en chemische coagulatie, membraanscheiding is voorgesteld als een goedkope, energiezuinig alternatief. Hoewel deze technologie sterk is ontwikkeld, de meeste membranen hebben last van vervuiling, waarbij oliedruppels onomkeerbaar op het oppervlak worden geabsorbeerd. Dit leidt tot blokkering van de membraanporiën, vervolgens de levensduur en efficiëntie verminderen.

Een methode om de vervuilingsproblemen te verminderen, is door oppervlaktebehandelingen aan het membraan toe te voegen. Echter, veel experimenten met deze methode hebben problemen ondervonden zoals veranderingen in de oorspronkelijke oppervlaktestructuur en de aantasting van de behandelde oppervlaktelaag door sterk zuur, alkalische en zoutoplossingen. Deze problemen beperken de praktische toepassingen van dergelijke membranen in de barre omstandigheden tijdens de afvalwaterbehandeling.

In dit onderzoek, onderzoekers zijn erin geslaagd een membraan te ontwikkelen dat bestaat uit een poreuze polyketon (PK) drager met daarop een 10 nanometer dikke silicalaag aangebracht op het bovenoppervlak (Figuur 1). Deze silicalaag werd gevormd op de PK-fibrillen met behulp van elektrostatische aantrekking - de negatief geladen silica werd aangetrokken door de positief geladen PK.

Het PK-membraan heeft een hoge waterdoorlatendheid door zijn grote poriën en hoge porositeit. Het verkiezelingsproces - de toevoeging van silica op de PK-fibrillen - zorgt voor een sterke olieafstotende coating om het aan het oppervlak gemodificeerde membraan te beschermen tegen vervuilingsproblemen.

Een ander voordeel van dit membraan is dat er geen grote druk nodig is om een ​​hoge waterpenetratie te bereiken. Het membraan vertoonde waterpermeatie door zwaartekracht, zelfs wanneer een waterniveau van slechts 10 cm (met een druk van ongeveer 0,01 atm) werd gebruikt. In aanvulling, het ontwikkelde membraan was in staat 99,9% van de oliedruppels af te weren, inclusief die met een grootte van 10 nanometer. Door gebruik te maken van dit membraan met een oppervlakte van 1 m ² , Bij een toegepaste druk van 1 atm kan in één uur 6000 liter afvalwater worden gezuiverd. Het bleek ook effectief te zijn bij het scheiden van water uit verschillende olie-achtige emulsies (Figuur 2).

Zoals genoemd, de silificatie zorgde voor een sterke olieafstotende coating. Door de experimenten die op het membraan zijn uitgevoerd om de duurzaamheid ervan tegen vervuiling te testen, er werd ontdekt dat olie niet aan het oppervlak werd geadsorbeerd en dat de oliedruppels gemakkelijk konden worden verwijderd (Figuur 3). Dit membraan vertoonde een grote tolerantie tegen een verscheidenheid aan zure, alkalisch, oplosmiddelen en zoutoplossingen.

Het ultradunne membraan dat door deze onderzoeksgroep is ontwikkeld, heeft een efficiënte scheiding van water van olieachtige emulsies aangetoond, naast anti-fouling weerstand. Technologie om emulsies te scheiden is onmisbaar in de strijd tegen watervervuiling en schoonwatertekorten. Het is te hopen dat deze ontwikkeling kan worden gebruikt bij de behandeling van industrieel afvalwater.