Een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Wan Yinhua van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een nieuw antifouling nanofiltratiemembraan ontwikkeld voor verschillende soorten industriële vloeistofscheiding. Het nieuwe membraan past nieuwe kennis toe over de rol van poriegrootteverdeling bij filtratie.

Het onderzoek is gepubliceerd in ACS Applied Materials &Interfaces op 26 juli.

Nanofiltratiemembranen hebben veel aandacht gekregen op het gebied van waterzuivering en productie van bioproducten vanwege hun vermogen om gerichte opgeloste stoffen nauwkeurig te scheiden van andere componenten.

De toepassing van nanofiltratiemembranen in de industrie lijdt echter aan membraanvervuiling die een significante afname van de scheidingsprestaties veroorzaakt.

Bijvoorbeeld, voor het meest voorkomende polyamide dunnefilmcomposietmembraan dat is bereid door grensvlakpolymerisatie (IP), resulteert de intrinsieke heterogene massaoverdracht van het IP-proces in een brede poriegrootteverdeling en veroorzaakt een ongelijkmatige permeatiefluxverdeling op het membraan tijdens filtratie, waardoor verzwakking het aangroeiwerende vermogen van het nanofiltratiemembraan.

Bovendien hebben veelgebruikte nanofiltratiemembranen overvloedige hydrofobe plaatsen (d.w.z. benzeenringen) in hun polyamideketens. Deze plaatsen zijn gevoelig voor het adsorberen van hydrofobe vervuilingen.

De onderzoekers probeerden de aangroeiwerende prestaties van een polyamide nanofiltratiemembraan te verbeteren door de poriegrootteverdeling te verkleinen via een eenstaps meervoudig IP-proces.

In deze strategie ondergaat een waterige oplossing van watervrij piperazine (PIP) en γ- (2,3-epoxypropoxy) propytrimethoxysilaan (KH560) IP met een organische oplossing van trimesoylchloride en tetraethylorthosilicaat (TEOS) op de poreuze drager.

Het reactieve additief KH560 versnelt de diffusiesnelheid van PIP zodat het verrijkt wordt aan de reactiegrens. Bovendien vormt de hydrolyse/condensatie van KH560 en TEOS op het waterig/organisch grensvlak een interpenetrerend netwerk met het polyamidenetwerk, waardoor de scheidingslaagstructuur wordt gereguleerd.

De karakteriseringsresultaten geven aan dat het polyamide-silicamembraan een dichtere, dikkere en meer uniforme scheidingslaag heeft. De gemiddelde poriegroottes van het polyamide-silicamembraan en een traditioneel polyamidemembraan zijn respectievelijk 0,62 nm en 0,74 nm, en deze komen overeen met geometrische standaarddeviaties (namelijk poriegrootteverdeling) van respectievelijk 1,39 en 1,97. Het polyamide-silicamembraan met een smallere poriegrootteverdeling vertoont dus sterkere aangroeiwerende prestaties. In dit geval neemt de fluxvervalverhouding af van 18,4% naar 3,8%.

Bovendien vertoont dit polyamide-silicamembraan een indrukwekkende antifoulingstabiliteit op lange termijn tijdens ontkleuring van suikerrietmelasse bij hoge temperatuur (50 ℃).

"Dit werk biedt niet alleen een nieuwe eenstaps meervoudige IP-strategie om aangroeiwerende nanofiltratiemembranen te maken, maar benadrukt ook het belang van poriegrootteverdeling bij het beheersen van vervuiling voor verschillende industriële vloeistofscheidingen", zegt prof. Luo Jianquan van IPE, corresponderend auteur van de studie. "Zo'n nanofiltratiemembraan belooft de robuustheid van dunne-film composiet nanofiltratiemembranen in industriële vloeistofscheiding te verbeteren." + Verder verkennen

Nieuwe gerichte modificatiestrategie verbetert de selectiviteit van polyamide nanofiltratiemembranen