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Nanotechnologie et Purification d'Eau

par Prof. Volodymyr V. Tarabara

Professeur Volodymyr V. Tarabara, Investigateur Principal, Organisme de Recherche Environnemental de Nanotechnologie : Membranes, Partocles, Surfaces Adjacentes, Service du Bureau D'études Civil et Environnemental, Université De L'Etat d'État du Michigan
Auteur Correspondant : tarabara@msu.edu

Les deux dernières décennies ont vu la séparation membrane-basée déterminée comme famille des technologies grand reçues qui complètent et remontent souvent des procédés d'ensemble traditionnels de traitement des eaux tels que la filtration granulaire de medias, la précipitation chimique et le ramollissement. Des procédés de Membranes tels que la microfiltration, ultra-filtration, nanofiltration, et osmose inverse, peuvent être employés pour enlever un éventail varié de polluants d'un grand choix d'eaux de source. À partir de 2008, l'industrie de membrane seuls aux États-Unis est $2,9 milliards et élevage.

La réussite commerciale des technologies de membrane est fondue dans l'innovation continue dans les domaines des matériaux et des procédés de membrane. Des Développements récents en science des matériaux des membranes ont été alimentés dans la grande partie par des avances en nanotechnologie. Des Membranes avec la perméabilité, la sélectivité, et la résistance améliorées à l'encrassement ont été développées utilisant les nanomaterials neuf disponibles.

Des nanomaterials Fonctionnels ont été employés pour combiner synergiquement la séparation et les fonctionnements supplémentaires et pour préparer des membranes plus efficaces avec une plus petite empreinte de pas environnementale. Les Exemples des membranes nanomaterial-activées comprennent :

i) membranes préparées à partir des nanomaterials (par exemple, membranes céramiques qui ont été traditionnellement préparées à partir des matériaux minéraux tels que TiO, ZrO2, AlO2,2 Etc.3 mais1 également la classe nouvelle des membranes préparées à partir des nanomaterials de carbone tels que des nanotubes de carbone) ;2-4
ii) membranes préparées par le nanomaterial templating5;
iii) membranes de nanocomposite de polymère (par exemple, utilisant le zéolite de TiO26-8, d'Ag09-11, d'AlO2312,13, et de SiO214-16, de NaA en tant que17 remplissages minéraux) ;
iv) réacteurs de membrane avec les nanoparticles fonctionnels (par exemple, Fe/Ni, 18-20Fe/Pd, 20,21Ag0, 22or, 23fer nullivalant).24

Partenariat de Notre projet de recherche NSF-parrainé « pour Enseignement et de Recherche International : Membranes synthétiques de rétablissement Neuf - la Nanotechnologie pour la sécurité d'eau potable » est un exemple d'un grand interdisciplinaire de l'effort concentré sur le développement des procédés et des technologies nanotechnologie-activés neufs de membrane. Le Partenariat est sur le design des membranes nanostructured et adresse les nanomaterials principaux chimie et la science des matériaux pour des technologies de qualité de l'eau. Le projet est un effort conjoint entre un certain nombre d'organismes de recherche aux Etats-Unis et à l'étranger. Un projet de l'exemple PIRE est notre étude récente sur le design de biofouling les membranes résistantes de composé d'argent-polysulfone. Dans ce travail, les membranes de nanocomposite ont été synthétisées en comportant les nanoparticles argentés dans la modification de polymère d'une membrane.

Inhibition d'accroissement de film biologique sur la surface de membranes nanoparticle remplies d'AG

Les particules ont été synthétisées ex situ et alors ajoutées à la solution de bloc moulé comme organosol ou produites dans la solution de bloc moulé par l'intermédiaire de la réduction in-situ d'argent ionique par le solvant de polymère. Nous avons prouvé que la capacité antibactérienne due à la release graduelle de l'argent ionique par les nanocomposites préparés peut être pertinente en réduisant l'intrapore biofouling dans des membranes de nanocomposite d'un large éventail de porosités. De Tels nanocomposites ont pu également être utilisés comme des matériaux pour que des espaceurs macroporeux de membrane empêchent l'accroissement de film biologique sur les surfaces de la membrane en aval11.

Membranes de nanocomposite de Bloc Moulé utilisant la cavité réglée de la température/humidité. De gauche à droite : Julian Taurozzi (maintenant au NIST), Volodymyr Tarabara, Alex Wang (maintenant avec Pentair, Inc.), Adam Rogensues (maintenant avec Severn Trent)

Un Autre exemple de la façon dont le nanoparticle fonctionnel peut être employé pour améliorer le comportement des membranes est le procédé hybride d'hybride d'ozonation-ultra-filtration. Ce procédé est au centre du projet de recherche financé par le NSF à l'Université De L'Etat d'État du Michigan. La combinaison des fonctionnalités nanoparticle-basées avec la séparation de membrane dans un ensemble hybride améliore l'efficience de processus générale et enlève la redondance excessive25-31.

Dans le système hybride, l'ozonation est pertinent dans l'encrassement de membrane d'atténuation dû à l'oxydation des foulants par des radicaux hydroxyles de l'ozone et/ou. En introduisant des nanoparticles tels que FeO23 et MnO2 à la surface de la membrane, l'efficience du procédé hybride peut être due sensiblement amélioré à l'effet catalytique des nanoparticles et à l'oxydation plus visée de la partie de NOM qui est concentrée à ou près de la surface de la membrane contribuant à l'encrassement de membrane.

Un seul aspect de ce procédé hybride est celui dû à l'effet de l'ozonation catalytique à la surface de la membrane, la surface reste relativement sans foulant ; pour cette raison, faute de couche de encrassement, les interactions de foulant-membrane demeurent importantes pendant des périodes étendues du fonctionnement de membrane. Ceci, consécutivement, augmente la pertinence du bureau d'études de surface de la membrane pour un fonctionnement plus à long terme de membrane.


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Droit d'auteur AZoNano.com, Professeur Volodymyr Tarabara (Université De L'Etat d'État du Michigan)

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

Last Update: 14. June 2013 01:20

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