Miglioramento della capacità antivegetativa di una membrana di nanofiltrazione in poliammide restringendo la distribuzione delle dimensioni dei pori tramite la polimerizzazione interfacciale multipla in un passaggio. Credito:Liu Lulu
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Wan Yinhua dell'Istituto di ingegneria di processo (IPE) dell'Accademia cinese delle scienze ha sviluppato una nuova membrana di nanofiltrazione antivegetativa per vari tipi di separazione di liquidi industriali. La nuova membrana applica nuove conoscenze sul ruolo della distribuzione della dimensione dei pori nella filtrazione.
Lo studio è stato pubblicato in ACS Applied Materials &Interfaces il 26 luglio.
Le membrane di nanofiltrazione hanno ricevuto molta attenzione nel campo della purificazione dell'acqua e della produzione di bioprodotti grazie alla loro capacità di separare accuratamente i soluti mirati da altri componenti.
Tuttavia, l'applicazione delle membrane di nanofiltrazione nell'industria risente dell'incrostazione della membrana che provoca un calo significativo delle prestazioni di separazione.
Ad esempio, per la membrana composita a film sottile di poliammide più diffusa preparata mediante polimerizzazione interfacciale (IP), il trasferimento di massa eterogeneo intrinseco del processo IP determina un'ampia distribuzione delle dimensioni dei pori e provoca una distribuzione irregolare del flusso di permeazione sulla membrana durante la filtrazione, indebolendo così la capacità antivegetativa della membrana di nanofiltrazione.
Inoltre, le membrane di nanofiltrazione comunemente utilizzate hanno abbondanti siti idrofobici (cioè anelli benzenici) nelle loro catene poliammidiche. Questi siti tendono ad adsorbire i contaminanti idrofobici.
I ricercatori hanno tentato di migliorare le prestazioni antivegetative di una membrana di nanofiltrazione in poliammide restringendo la distribuzione delle dimensioni dei pori tramite un processo IP multiplo in una fase.
In questa strategia, una soluzione acquosa di piperazina anidra (PIP) e γ-(2,3-epossipropossi) propytrimetossisilano (KH560) subisce IP con una soluzione organica di cloruro di trimesoile e tetraetil ortosilicato (TEOS) sul supporto poroso.
L'additivo reattivo KH560 accelera la velocità di diffusione del PIP in modo che si arricchisca al confine di reazione. Inoltre, l'idrolisi/condensazione di KH560 e TEOS all'interfaccia acquosa/organica forma una rete compenetrante con la rete poliammidica, regolando così la struttura dello strato di separazione.
I risultati della caratterizzazione indicano che la membrana di poliammide-silice ha uno strato di separazione più denso, più spesso e più uniforme. Le dimensioni medie dei pori della membrana in poliammide-silice e di una membrana in poliammide tradizionale sono rispettivamente di 0,62 nm e 0,74 nm e corrispondono a deviazioni standard geometriche (vale a dire, distribuzione delle dimensioni dei pori) rispettivamente di 1,39 e 1,97. Pertanto, la membrana in poliammide-silice con una distribuzione della dimensione dei pori più stretta mostra prestazioni antivegetative più forti. In questo caso, il rapporto di decadimento del flusso diminuisce dal 18,4% al 3,8%.
Inoltre, questa membrana in poliammide-silice mostra un'impressionante stabilità antivegetativa a lungo termine durante la decolorazione della melassa di canna ad alta temperatura (50 ℃).
"Questo lavoro non solo fornisce una nuova strategia IP multipla in un unico passaggio per preparare membrane di nanofiltrazione antivegetativa, ma sottolinea anche l'importanza della distribuzione delle dimensioni dei pori nel controllo delle incrostazioni per varie separazioni di liquidi industriali", ha affermato il prof. Luo Jianquan di IPE, autore corrispondente di lo studio. "Una tale membrana di nanofiltrazione promette di migliorare la robustezza delle membrane di nanofiltrazione composite a film sottile nella separazione dei liquidi industriali". + Esplora ulteriormente
