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Nanotecnologia e Depurazione delle Acque

da Prof. Volodymyr V. Tarabara

Il Professor Volodymyr V. Tarabara, Ricercatore Principale, Gruppo Di Ricerca Ambientale di Nanotecnologia: Membrane, Partocles, Interfacce, Dipartimento di Assistenza Tecnica Civile ed Ambientale, Michigan State University
Autore Corrispondente: tarabara@msu.edu

Le ultime due decadi hanno veduto alla la separazione basata a membrana stabilita come famiglia delle tecnologie largamente accettate che complemento e spesso sostituiscono i trattamenti di unità di cura tradizionali dell'acqua come filtrazione granulare di media, precipitazione chimica e ammorbidire. I trattamenti delle Membrane quale microfiltrazione, l'ultrafiltrazione, nanofiltration ed osmosi inversa, possono essere usati per rimuovere una diversa gamma di agenti inquinanti da varie acque di sorgente. Il del 2008, l'industria della membrana negli Stati Uniti da solo è $2,9 miliardo e crescere.

Il successo commerciale delle tecnologie della membrana è collegato nell'innovazione continua nelle aree dei materiali e dei trattamenti della membrana. Gli sviluppi Recenti nella scienza dei materiali delle membrane sono stati riforniti nella grande parte tramite gli sviluppi della nanotecnologia. Le Membrane con permeabilità, selettività e la resistenza migliori all'insudiciamento sono state sviluppate facendo uso dei nanomaterials recentemente disponibili.

I nanomaterials Funzionali sono stati usati per combinare sinergico la separazione e le funzioni supplementari e per preparare le membrane più efficienti con una più piccola orma ambientale. Gli Esempi delle membrane nanomaterial-permesse a includono:

i) membrane pronte dai nanomaterials (per esempio, membrane ceramiche che sono state preparate tradizionalmente dai materiali inorganici quali TiO, ZrO2, il AlO2,2 Ecc.3 ma1 anche la classe novella di membrane pronte dai nanomaterials del carbonio quali i nanotubes del carbonio);2-4
ii) membrane pronte da nanomaterial che templating5;
iii) membrane del nanocomposite del polimero (per esempio, facendo uso della zeolite di TiO26-8, di Ag09-11, di AlO2312,13e di SiO214-16, di NaA come17 riporti inorganici);
iv) reattori della membrana con le nanoparticelle funzionali (per esempio, Fe/Ni, 18-20Fe/Pd, 20,21Ag0, 22oro, 23ferro zero-valent).24

Associazione del Nostro progetto di ricerca NSF-patrocinato “per Ricerca e Formazione Internazionali: Membrane sintetiche della Nuova generazione - la Nanotecnologia per la sicurezza dell'acqua potabile„ è un esempio di grande interdisciplinare di sforzo concentrato sullo sviluppo di nuovi trattamenti e tecnologie nanotecnologia-permessi a della membrana. L'Associazione è sulla progettazione delle membrane nanostructured ed indirizza i nanomaterials fondamentali chimica e la scienza dei materiali per le tecnologie di qualità dell'acqua. Il progetto è uno sforzo comune fra una serie di gruppi di ricerca negli Stati Uniti ed all'estero. Un progetto di esempio PIRE è il nostro studio recente sulla progettazione di biofouling le membrane resistenti del composito del argento-polisolfone. In questo lavoro, le membrane del nanocomposite sono state sintetizzate incorporando le nanoparticelle d'argento nella matrice del polimero di una membrana.

Inibizione di crescita del biofilm sulla superficie delle membrane ripiene di nanoparticella dell'AG

Le particelle sono state sintetizzate ex-situ e poi si sono aggiunte alla soluzione della colata come organosol o sono state prodotte nella soluzione della colata via riduzione in situ di argento ionico dal solvente del polimero. Abbiamo indicato che la capacità antibatterica dovuto la versione graduale di argento ionico dai nanocomposites pronti può essere efficace nella diminuzione del intrapore che biofouling in membrane del nanocomposite di una vasta gamma di porosità. Tali nanocomposites hanno potuto anche essere usati come i materiali affinchè i distanziatori macroporosi della membrana inibiscano la crescita del biofilm sulle superfici a valle della membrana11.

Membrane del nanocomposite della Colata facendo uso della camera controllata umidità/di temperatura. Da sinistra a destra: Julian Taurozzi (ora al NIST), Volodymyr Tarabara, Alex Wang (ora con Pentair, Inc.), Adam Rogensues (ora con Severn Trent)

Un Altro esempio di come la nanoparticella funzionale può essere usata per migliorare di comportamento delle membrane è il trattamento ibrido dell'ibrido di ozonation-ultrafiltrazione. Questo trattamento è al fuoco al del progetto di ricerca fondato a NSF alla Michigan State University. La combinazione adi funzionalità basate a nanoparticella con la separazione di membrana in un'unità ibrida migliora il risparmio di temi trattato globale e rimuove l'eccessiva ridondanza25-31.

Nel sistema ibrido, il ozonation è efficace nell'insudiciamento della membrana attenuarsi dovuto l'ossidazione di foulants da ozono e/o dai radicali ossidrili. Presentando le nanoparticelle quali FeO23 e MnO2 alla superficie della membrana, il risparmio di temi del trattamento dell'ibrido può essere significativamente migliorato dovuto sia l'effetto catalitico delle nanoparticelle che l'ossidazione mirata a della parte di NOM che è concentrata nei pressi del contributo di superficie della membrana all'insudiciamento della membrana.

Un aspetto unico di questo trattamento ibrido è quello dovuto l'effetto del ozonation catalitico alla superficie della membrana, la superficie rimane relativamente senza foulant; quindi, in assenza del livello d'insudiciamento, le interazioni della foulant-membrana rimangono importanti per i periodi estesi di operazione della membrana. Ciò, a sua volta, aumenta la pertinenza di assistenza tecnica della superficie della membrana per l'operazione più a lungo termine della membrana.


Riferimenti

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Copyright AZoNano.com, il Professor Volodymyr Tarabara (Michigan State University)

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

Last Update: 14. June 2013 01:28

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