Kao dobavljač membrana šupljih vlakana za MBR, svjedočio sam iz prve ruke kritičnoj ulozi koju hidrofilnost membrane igra u izvedbi membranskih bioreaktora (MBR). Hidrofilnost, sposobnost materijala da komunicira s molekulama vode, značajno utječe na učinkovitost i dugovječnost membrana šupljih vlakana u MBR primjenama. U ovom postu na blogu podijelit ću neke učinkovite strategije za poboljšanje hidrofilnosti ovih membrana, oslanjajući se na moje iskustvo u industriji.
Razumijevanje važnosti hidrofilnosti u MBRS -u
Prije nego što uđete u metode poboljšanja hidrofilnosti, ključno je razumjeti zašto je to važno u MBRS -u. MBR -ovi se široko koriste u pročišćavanju otpadnih voda zbog velike učinkovitosti u odvajanju krutih tvari od tekućina. Membrane šupljih vlakana djeluju kao fizička barijera koja omogućava da voda prođe tijekom zadržavanja suspendiranih krutih tvari, bakterija i drugih onečišćenja.
Hidrofilne membrane imaju nekoliko prednosti u odnosu na hidrofobne u MBR primjenama. Prvo, oni imaju nižu tendenciju prekršaja. Obražavanje nastaje kada se zagađivači akumuliraju na površini membrane ili unutar njegovih pora, smanjujući propusnost membrane i povećavajući energiju potrebnu za filtraciju. Hidrofilne membrane privlače molekule vode, tvoreći tanki sloj vode na površini koji djeluje kao mazivo, sprječavajući prianjanje FouLants.
Drugo, hidrofilne membrane uglavnom imaju veći tok vode. Vodeni tok je volumen vode koja prolazi kroz membranu po jedinici površine i vremena. Afinitet hidrofilnih membrana za vodu omogućuje lakši transport vode kroz membranu, što rezultira višim stopama filtracije.
Strategije za poboljšanje hidrofilnosti
Modifikacija površine
Jedna od najčešćih metoda za poboljšanje hidrofilnosti membrana šupljeg vlakana je modifikacija površine. Ovaj pristup uključuje promjenu kemijskog sastava ili fizičke strukture površine membrane kako bi se povećao afinitet prema vodi.
-
Kemijsko cijepljenje: Kemijsko cijepljenje je tehnika u kojoj su hidrofilne funkcionalne skupine kovalentno vezane na površinu membrane. Na primjer, polimeri koji sadrže hidroksil (-OH), karboksil (-kooh) ili sulfonsku kiselinu (-SO₃H) mogu se cijepkati na površinu membrane. Ove funkcionalne skupine imaju snažan afinitet prema molekulama vode, povećavajući hidrofilnost membrane. [1]
-
Liječenje u plazmi: Tretman u plazmi je fizička metoda modifikacije površine koja koristi plazmu s niskim temperaturama za aktiviranje površine membrane. Plazma sadrži visoko reaktivne vrste poput iona, radikala i elektrona koji mogu razbiti kemijske veze na površini membrane i uvesti nove funkcionalne skupine. Na primjer, liječenje kisikom u plazmi može uvesti funkcionalne skupine koje sadrže kisik poput hidroksilnih i karbonilnih skupina, povećavajući hidrofilnost membrane. [2]
-
Premazivanje: Prekrivanje površine membrane hidrofilnim polimerom još je jedan učinkovit način za poboljšanje hidrofilnosti. Hidrofilni polimeri kao što su polivinil alkohol (PVA), polietilen glikol (PEG) ili hitozan mogu se primijeniti kao tanki sloj na površini membrane. Ovi polimeri tvore hidrofilnu barijeru koja smanjuje iscrpljivanje i povećava tok vode. [3]
Priprema miješanja membrane
Priprema mješavine membrane uključuje miješanje hidrofobnog polimera, koji se obično koristi kao osnovni materijal za membrane šupljeg vlakana, s hidrofilnim polimerom tijekom postupka izrade membrane. Hidrofilni polimer 分散 s unutar hidrofobne polimerne matrice, stvarajući membranu s poboljšanom hidrofilnošću.
-
Odabir polimera: Prilikom pripreme mješavina membrana ključno je odabrati kompatibilne polimere. Hidrofilni polimer trebao bi imati dobru miješanje s hidrofobnim polimerom kako bi se osigurala homogena mješavina. Na primjer, miješanje poliviniliden fluorida (PVDF), najčešće korištenog hidrofobnog polimera za membrane šupljeg vlakana, s polivinilpirolidonom (PVP), hidrofilnim polimerom, može značajno poboljšati hidrofilnost membrane. [4]
-
Optimizacija omjera mješavine: Omjer hidrofobnih i hidrofilnih polimera u mješavini utječe na svojstva membrane. Veći udio hidrofilnog polimera općenito dovodi do povećane hidrofilnosti i protoka vode. Međutim, previše hidrofilnog polimera može ugroziti mehaničku čvrstoću membrane. Stoga je potrebno optimizirati omjer mješavine kako bi se postigla ravnoteža između hidrofilnosti i mehaničkih performansi.
Ugradnja nanomaterijala
Uključivanje nanomaterijala u matricu membrane relativno je novi pristup za poboljšanje hidrofilnosti membrana šupljeg vlakana. Nanomaterijali imaju jedinstvena svojstva kao što su visoka površina i površinska energija, što može poboljšati interakciju membrane s molekulama vode.
-
Metalni oksid nanočestice: Nanočestice metalnog oksida poput titanij dioksida (TiO₂), cinkovog oksida (ZnO) i silicijevog dioksida (SiO₂) mogu se dodati u membransku otopinu DOPE tijekom procesa izrade. Ove nanočestice mogu povećati hidrofilnost membrane pružanjem dodatnih hidrofilnih mjesta na površini membrane. Na primjer, nanočestice TiO₂ imaju visok afinitet prema vodi zbog prisutnosti hidroksilnih skupina na njihovoj površini. [5]
-
Ugljikove nanocjevčice (CNT): CNT -ovi imaju izvrsna mehanička i električna svojstva, kao i visoku površinu. Uključivanje CNT -a u membransku matricu može poboljšati hidrofilnost i propusnost membrane. Šuplja struktura CNT -a omogućava brzi transport vode, dok se njihova površina može funkcionirati s hidrofilnim skupinama kako bi se poboljšala njihova interakcija s vodom. [6]
Studije slučaja
Da bismo ilustrirali učinkovitost ovih strategija, pogledajmo neke studije slučaja.
-
Površinske modificirane membrane uLiječenje odlagališta otpada: U projektu liječenja odlagališta otpada, u MBR sustavu korištene su površinski modificirane membrane šupljih vlakana. Membrane su tretirane s kisikom plazmom za uvođenje hidrofilnih funkcionalnih skupina na površini. Rezultati su pokazali značajno smanjenje obraslog u usporedbi s neliječenim membranama, što je dovelo do duljeg životnog vijeka membrane i nižih operativnih troškova.
-
MEMBRANE MESPLATNE ZA OTPUMANJE otpadnih voda: U postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda korištena je membrana mješavine pripremljena miješanjem PVDF -a i PVP -a. Membrana mješavine imala je viši tok vode i bolje performanse protiv obračenja od čiste PVDF membrane. Hidrofilna PVP komponenta u mješavinskoj membrani privukla je molekule vode, sprječavajući adheziju propadanja i održavajući visoku brzinu filtracije.
Zaključak
Poboljšanje hidrofilnosti membrana šupljeg vlakana za MBR ključno je za poboljšanje njihovih performansi u aplikacijama za pročišćavanje otpadnih voda. Modifikacija površine, priprema membrane mješavine i ugradnja nanomaterijala učinkovite su strategije za povećanje afiniteta membrane prema vodi, smanjenje odvajanja i poboljšanje toka vode.
Kao dobavljačMembrane šupljih vlakana za mbr, Zalažemo se za pružanje visokokvalitetnih membrana izvrsne hidrofilnosti. Naše membrane dizajnirane su tako da zadovolje različite potrebe naših kupaca u različitim aplikacijama za pročišćavanje otpadnih voda. Ako ste zainteresirani da saznate više o našim proizvodima ili raspravljate o vašim specifičnim zahtjevima, ne ustručavajte se kontaktirati nas radi nabave i pregovora.
Reference
[1] Zhao, X., & Shi, X. (2015). Površinska modifikacija membrana poliviniliden fluorida (PVDF) - pregled. Časopis za kemijsko inženjerstvo, 261, 1-12.
[2] Lee, HK, & Park, HB (2012). Modifikacija površinske plazme PVDF membrana za poboljšanu svojstva vlaženja i svojstva protjerivanja. Journal of Membrane Science, 403-404, 128-135.
[3] Zhang, X., & Chen, V. (2010). Pregled nanokompozitima membrane za obradu vode. Journal of Membrane Science, 362 (1-2), 1-16.
[4] Li, X., i Matsuura, T. (2006). Priprema i karakterizacija membrana PVDF/PVP mješavine s visokim performansama. Journal of Membrane Science, 278 (1-2), 36-44.
[5] Wang, Y., & Wang, J. (2013). Priprema i performanse PVDF/TiO₂ kompozitnih ultrafiltracijskih membrana. Journal of Membrane Science, 440, 121-128.
[6] Liu, X., & Zhang, L. (2014). Ugljične nanocjevčice/polimerne kompozitne membrane za pročišćavanje vode. Journal of Materials Chemistry A, 2 (40), 16823-16837.