Британски изследователи са разработили мембрана от керамични кухи влакна, комбинирана с фотокаталитично окисление за пречистване на отпадъчни води от растенията с палмово масло. Индустрията за палмово масло е стълб на глобалното земеделие, но отпадъчните води от растенията за палмово масло (POME), произведени по време на производството, имат голямо органично натоварване и наситен цвят, което прави традиционните биологични и физикохимични обработки недостатъчни за постигане на стандартите. Директното заустване би довело до еутрофикация и екологични щети. Изследователите са разработили TiO₂-вградена двойно-слойна мулитна керамична мембрана от кухи влакна, за да решат проблемите с дълбокото третиране с POME и замърсяването на мембраната.
I. Експериментален дизайн и метод на приготвяне
1. Материали и структура: Вътрешният слой е чист мулит, осигуряващ механична опора и филтриращ субстрат; външният слой е мулит + 1~4 тегл.% TiO₂, придавайки фотокаталитична активност.
2. Процес на приготвяне: Използва се метод на фазова трансформация + ко-синтероване. Синтероването при 1350 градуса елиминира проблема с разслояването на двоен-слой, а структурата от кухи влакна се приготвя чрез ко-екструзионно формоване.
3. Данни за мембраната: Дебелина на готовата мембрана (след синтероване): Едно-слойна мембрана (SL): 900 μm, Двуслойна мембрана: 1090–1310 μm; Дължина на мембраната, използвана за тестване: 10 cm за фотокатализно тестване, 7 cm за изпитване на прекъсване на потока/задържане.
II. Резултати от изследванията
1. Корелация на структурата и производителността: Двуслойната мембрана проявява плътно свързване без разслояване и TiO₂ се зарежда успешно, като съдържанието на Ti се увеличава до 3,76% с увеличаване на добавянето . 3 wt% TiO₂ (DL3) показва най-високата якост на огъване (16,34 MPa) и най-добрата механична стабилност; 4 тегл.% TiO₂ (DL4) има най-малък размер на порите (28,25 nm), принадлежащ към нивото на ултрафилтрация. Зареждането с TiO₂ намалява порьозността и потока на чиста вода, но значително подобрява антиобрастването и стабилността на потока.
2. Разделяне и фотокаталитични ефекти: Двуслойната мембрана е много по-добра от едно-слойната мембрана, със степен на задържане на DL₃ от 54,50%, в сравнение само с 11,27%–19,32% за еднослойната-слойна мембрана.
- Отстраняване на замърсители: DL4 се представи най-добре под UV светлина, постигайки степен на отстраняване на COD от 44,92% и степен на отстраняване на цвета от 52,40%, с поток от 18,90 L/(m²・h・bar).
- Стабилност и противообрастяване: DL3 и DL4 показаха значително по-висока скорост на възстановяване на потока (FRR) и индекс на стабилност (SI), оставайки стабилни дори след три цикъла, демонстрирайки изключителна ефективност на само-почистване.
- Еднослойните-мембрани страдат от силно замърсяване и рязък спад на потока, докато дву-слойните мембрани значително облекчават замърсяването на мембраните поради TiO₂ фотокаталитично разграждане на замърсители.
III. Предимства, недостатъци и бъдещи перспективи
Иновативни предимства
- Дву{0}}слойната структура балансира механичната якост, ефективността на филтриране и фотокаталитичната активност, решавайки проблема с отделянето и възстановяването на TiO₂.
- Керамичните мембрани са устойчиви на киселини, основи и високи температури, което ги прави по-подходящи за приложения в промишлени отпадъчни води, отколкото полимерните мембрани.
- Самопочистващите-свойства намаляват честотата на почистване.
Бъдещи насоки
- Оптимизирайте натоварването с TiO₂, температурата на синтероване и размера на порите на мембраната, за да подобрите ефективността на разграждане.
- Допирането с N и Zr разширява обхвата на фотоотговора, позволявайки фотокатализа във видимата светлина.
- Процесът на производство беше разширен и бяха проведени пилотен-мащаб и дългосрочна-оперативна проверка.
IV. Резюме
Вградена двуслойна мулитна керамична мембрана от кухи влакна с TiO₂- беше успешно подготвена за пречистване на отпадъчни води от растения за палмово масло, постигайки синергични ефекти на филтрационно разделяне и фотокаталитично разграждане. Той показва значителни предимства в защитата от-замърсяване, стабилност и само-почистване. Тази технология осигурява устойчиво решение за дълбоко третиране на отпадъчни води от палмово масло и предлага важна референция за проектирането и приложението на фотокаталитични мембрани на основата на керамика-.