Nanotecnología y Purificación del Agua

por Profesor Volodymyr V. Tarabara

Profesor Volodymyr V. Tarabara, Investigador Principal, Grupo de Investigación Ambiental de la Nanotecnología: Membranas, Partocles, Interfaces, Departamento de la Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad de Estado de Michigan
Autor Correspondiente: tarabara@msu.edu

Las dos décadas pasadas han considerado la separación membrana-basada establecida como familia de tecnologías ampliamente validadas que complementan y reemplazan a menudo procesos de unidad tradicionales del tratamiento de aguas tales como filtración granular de los media, precipitación química y ablandamiento. Los procesos de las Membranas tales como microfiltración, ultrafiltración, nanofiltration, y osmosis reversa, se pueden utilizar para quitar un rango diverso de agentes contaminadores de una variedad de aguas de la fuente. 2008, la industria de la membrana en los E.E.U.U. solamente es $2,9 mil millones y crecimiento.

El éxito comercial de las tecnologías de la membrana se conecta a tierra en la innovación contínua en las áreas de los materiales y de los procesos de la membrana. Los Recientes desarrollos en la ciencia material de membranas han sido aprovisionados de combustible en parte grande por avances en nanotecnología. Las Membranas con permeabilidad, selectividad, y resistencia mejoradas a violar las reglas se han desarrollado usando los nanomaterials nuevamente disponibles.

Los nanomaterials Funcionales se han utilizado para combinar sinérgico la separación y funciones adicionales y para preparar membranas más eficientes con una huella ambiental más pequeña. Los Ejemplos de membranas nanomaterial-activadas incluyen:

i) membranas preparadas de los nanomaterials (e.g., membranas de cerámica que se han preparado tradicionalmente de los materiales inorgánicos tales como TiO, ZrO2, AlO2,2 Etc.3 pero1 también la clase nueva de las membranas preparadas de los nanomaterials del carbón tales como nanotubes del carbón);2-4
ii) membranas preparadas por el nanomaterial templating5;
iii) membranas del nanocomposite del polímero (e.g., usando la zeolita de TiO26-8, de Ag09-11, del AlO2312,13, y de SiO214-16, de NaA como17 rellenadores inorgánicos);
iv) reactores de la membrana con los nanoparticles funcionales (e.g., Fe/Ni, 18-20Fe/Pd, 20,21Ag0, 22oro, 23hierro cerovalente).24

Sociedad de Nuestro proyecto de investigación NSF-patrocinado “para la Investigación y la Educación Internacionales: Membranas sintetizadas de la Nueva generación - la Nanotecnología para el seguro del agua potable” es un ejemplo de un interdisciplinario grande del esfuerzo centrado en el revelado de los nuevos procesos y tecnologías nanotecnologÃa-activados de la membrana. La Sociedad está en el diseño de membranas nanostructured y dirige los nanomaterials fundamentales química y ciencia material en relación a tecnologías de la calidad del agua. El proyecto es un esfuerzo conjunto entre varios grupos de investigación en los Estados Unidos y en el extranjero. Un proyecto del ejemplo PIRE es nuestro estudio reciente en el diseño de biofouling las membranas resistentes del compuesto de la plata-polisulfona. En este trabajo, las membranas del nanocomposite fueron sintetizadas incorporando los nanoparticles de plata en la matriz del polímero de una membrana.

La Inhibición del incremento del biofilm en la superficie del AG nanoparticle-llenó las membranas

Las partículas fueron sintetizadas ex situ y después agregadas a la solución del bastidor moldeado como organosol o producidas en la solución del bastidor moldeado vía la reducción "in-situ" de la plata iónica por el disolvente del polímero. Hemos mostrado que la capacidad antibacteriana debido al desbloquear gradual de la plata iónica por los nanocomposites preparados puede ser efectiva en reducir el intrapore biofouling en las membranas del nanocomposite de una amplia gama de porosidades. Tales nanocomposites se podían también utilizar como los materiales para que los espaciadores macroporosos de la membrana inhiban el incremento del biofilm en superficies rio abajo de la membrana11.

Membranas del nanocomposite del Bastidor Moldeado usando compartimiento controlado de la temperatura/de la humedad. De izquierda a derecha: Taurozzi Juliano (ahora en el NIST), Volodymyr Tarabara, Alex Wang (ahora con Pentair, Inc.), Adán Rogensues (ahora con Severn Trent)

Otro ejemplo de cómo el nanoparticle funcional se puede utilizar para mejorar funcionamiento de membrana es el proceso híbrido del híbrido de la ozonation-ultrafiltración. Este proceso está en el enfoque del proyecto de investigación NSF-financiado en la Universidad de Estado de Michigan. La combinación de funciones nanoparticle-basadas con la separación de membrana en una unidad híbrida mejora la eficiencia de proceso total y quita redundancia excesiva25-31.

En el sistema híbrido, el ozonation es efectivo en violar las reglas de la membrana de la atenuación debido a la oxidación de foulants por los radicales del ozono y/o de oxhidrilo. Introduciendo nanoparticles tales como FeO23 y MnO2 en la superficie de la membrana, la eficiencia del proceso híbrido puede ser importante aumentado debido al efecto catalítico de los nanoparticles y a la oxidación apuntada de la porción de NOM que se concentra en o cerca de contribuir superficial de la membrana a violar las reglas de la membrana.

Un aspecto único de este proceso híbrido es ése debido al efecto del ozonation catalítico en la superficie de la membrana, la superficie sigue siendo relativamente foulant-libre; por lo tanto, en ausencia de la capa que viola las reglas, las acciones recíprocas de la foulant-membrana siguen siendo importantes por períodos extendidos de la operación de la membrana. Esto, a su vez, aumenta la importancia de la ingeniería de la superficie de la membrana para una operación más a largo plazo de la membrana.


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Derechos De Autor AZoNano.com, Profesor Volodymyr Tarabara (Universidad de Estado de Michigan)

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

Last Update: 14. June 2013 01:55

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