Nanotechnologie und Wasseraufbereitung

durch Prof Volodymyr V. Tarabara

Professor Volodymyr V. Tarabara, Projektleiter, UmweltNanotechnologie-Forschungsgruppe: Membranen, Partocles, Schnittstellen, Abteilung der Zivil- und UmweltTechnik, Staat Michigan-Universität
Entsprechender Autor: tarabara@msu.edu

Die letzten zwei Jahrzehnte haben die Membran-basierte Trennung gesehen, die als Familie von breit geltenden Technologien festgelegt wird, die ergänzen und häufig traditionelle Wasserbehandlungs-Gerätenprozesse wie granulierte Mediafiltration, chemischer Niederschlag und Erweichen austauschen. Membranprozesse wie Mikrofiltration, Ultrafiltration, nanofiltration und Umkehr-Osmose, können verwendet werden, um eine verschiedene Reichweite der Schadstoffe von einer Vielzahl des Quellwassers zu löschen. Seit 2008 ist die Membranindustrie in US allein $2,9 Milliarde und Wachsen.

Der Handelserfolg von Membrantechnologien wird in der kontinuierlichen Innovation in den Prozessbereichen Membranmaterialien und -geerdet. Neuentwicklungen in der Materialwissenschaft von Membranen sind im Großen Teil durch Fortschritte in der Nanotechnologie getankt worden. Membranen mit verbesserter Durchlässigkeit, Selektivität und Widerstand zur Verschmutzung sind unter Verwendung der eben erhältlichen Nanomaterials entwickelt worden.

Funktionsnanomaterials sind verwendet worden, um Trennung und Zusatzfunktionen synergistisch zu kombinieren und effizientere Membranen mit einem kleineren Umweltabdruck vorzubereiten. Beispiele von nanomaterial-aktivierten Membranen umfassen:

i) Membranen vorbereitet aus Nanomaterials (z.B., Keramik-Membranen, die traditionsgemäß aus anorganischen Materialien wie TiO, ZrO, AlO2, Usw.2 aber2 auch3 der1 neuen Klasse von den Membranen vorbereitet worden sind, die aus Kohlenstoff Nanomaterials wie Kohlenstoff nanotubes vorbereitet werden);2-4
II) Membranen vorbereitet durch den templating Nanomaterial5;
iii) Polymer nanocomposite Membranen (z.B., unter Verwendung Zeoliths TiO26-8, Ag09-11, AlO2312,13und SiO214-16, NaA als17 anorganische Einfüllstutzen);
iv) Membranreaktoren mit Funktions-nanoparticles (z.B., Fe/Ni, 18-20Fe/Pd, 20,21Ag0, 22Gold, 23zero-valent Eisen).24

Unser NSF-gefördertes Forschungsprojekt „Partnerschaft für Internationale Forschung und Ausbildung: Synthetische Membranen der Neuen Generation - Nanotechnologie zur Trinkwassersicherheit“ ist ein Beispiel von einem großen interdisziplinären der Bemühung, die auf die Entwicklung von neuen Nanotechnologie-aktivierten Membranprozessen und -technologien gerichtet wird. Die Partnerschaft ist auf der Auslegung von nanostructured Membranen und adressiert grundlegende Nanomaterials Chemie und Materialwissenschaft in Bezug auf Wasserqualitätstechnologien. Das Projekt ist gemeinsamen Bemühungen zwischen einigen Forschungsgruppen in den Vereinigten Staaten und im Ausland. Ein Projekt des Beispiels PIRE ist unsere neue Untersuchung über die Auslegung von Biofouling beständige Silberpolysulphon Zusammensetzungsmembranen. In dieser Arbeit wurden die nanocomposite Membranen synthetisiert, indem man silberne nanoparticles in die Polymergrundmasse einer Membran enthielt.

Hemmung des Biofilmwachstums auf der Oberfläche von nanoparticle-gefüllten Membranen AG

Die Partikel wurden entweder ex situ synthetisiert und hinzugefügt dann der Castinglösung als Organosol oder produziert in der Castinglösung über in-situreduzierung des Ionensilbers durch das Polymerlösungsmittel. Wir haben gezeigt, dass die antibakterielle Kapazität wegen der allmählichen Freisetzung von Ionensilber durch die vorbereiteten nanocomposites effektiv sein kann, wenn sie das intrapore verringert, das in nanocomposite Membranen einer großen Auswahl von Porosität biofouling ist. Solche nanocomposites konnten wie Materialien auch verwendet werden, damit makroporöse Membrandistanzstücke das Biofilmwachstum auf abwärts gerichteten Membranoberflächen sperren11.

Casting nanocomposite Membranen unter Verwendung der esteuerten Temperatur-/Feuchtigkeitskammer. Von links nach rechts: Julianisches Taurozzi (jetzt an NIST), Volodymyr Tarabara, Alex Wang (jetzt mit Pentair, Inc.), Adam Rogensues (jetzt mit Severn Trent)

Ein Anderes Beispiel von, wie Funktionsnanoparticle verwendet werden kann, um Membranleistung zu verbessern, ist der hybride Ozonationultrafiltration Hybridprozeß. Dieser Prozess ist am Fokus des NSF-finanzierten Forschungsprojekts an der Staat Michigan-Universität. Die Kombination von nanoparticle-basierten Funktionalitäten mit Membrantrennung in einem hybriden Gerät verbessert die Gesamtprozess-Leistungsfähigkeit und löscht übermäßige Redundanz25-31.

Im Hybridsystem ist ozonation bei der Abschwächungsmembranverschmutzung wegen der Oxidation von foulants durch Ozon- und/oder Hydroxylradikale effektiv. Indem sie nanoparticles wie FeO und23 MnO2 an der Membranoberfläche vorstellt, kann die Leistungsfähigkeit des hybriden Prozesses beträchtlich am katalytischen Effekt der nanoparticles und an gerichteterer Oxidation des NOM-Teils erhöhtes liegen, der nahe an dem MembranOberflächenbeitragen zur Membranverschmutzung konzentriert wird.

Ein eindeutiger Aspekt dieses hybriden Prozesses ist der wegen des Effektes des katalytischen ozonation an der Membranoberfläche, die Oberfläche bleibt verhältnismäßig foulant-frei; deshalb in Ermangelung der Verschmutzungsschicht, bleiben Foulantmembran Interaktionen für längere Zeiträume der Membranoperation wichtig. Dieses erhöht der Reihe nach die Bedeutung der Membranoberflächentechnik für langfristigere Membranoperation.


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Copyright AZoNano.com, Professor Volodymyr Tarabara (Staat Michigan-Universität)

Date Added: Mar 4, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:24

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