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ナノテクノロジーおよび浄水

教授によって Volodymyr V. Tarabara

Volodymyr V. Tarabara、主任調査官、環境のナノテクノロジーの研究グループ教授: 膜、 Partocles のインターフェイス市民および環境工学ミシガン州立大学の部門
対応する著者: tarabara@msu.edu

最後の二十年は粒状媒体のろ過、化学沈殿物そして柔らかくなることのような従来の水処理の単位プロセスを補足し、頻繁に取り替え、広く受け入れられた技術の系列として確立される膜ベースの分離を見ました。 microfiltration、限外濾過、 nanofiltration、および逆浸透のような膜プロセスが、いろいろなソース水から汚染物質の多様な範囲を取除くのに使用することができます。 2008 年現在で、単独で米国の膜工業は $2.9十億および成長です。

膜の技術の商業成功は膜材料およびプロセスの領域の連続的な革新で基づいています。 膜の物質科学の最近の進展はナノテクノロジーの前進によって大きい部分で燃料を供給されました。 汚染への改善された透磁率、選択率および抵抗の膜は最近使用できる nanomaterials を使用して発達しました。

機能 nanomaterials が共働作用して分離および追加機能を結合し、より小さい環境の足跡とより効率的な膜を準備するのに使用されていました。 nanomaterial 可能にされた膜の例は下記のものを含んでいます:

i) nanomaterials (TiO、 ZrO、 AlO、等膜のまたカーボン nanotubes のようなカーボン nanomaterials から準備される2新しい2クラス2のような3無機1材料から従来準備された) 例えば、陶磁器のから膜準備される膜;2-4
ii) templating nanomaterial によって準備される膜5;
iii) ポリマー nanocomposite の膜 (例えば、無機注入口として26-8TiO、9-11Ag0、2312,13AlO および214-16SiO、 NaA の17 ゼオライトを使用して);
iv) 機能 nanoparticles (例えば、 Fe/Ni、 Fe/Pd、 Ag018-20の金20,21、 zero-valent22鉄)23が付いている膜リアクター。24

国際的な研究および教育のための私達の NSF 後援された研究計画の 「パートナーシップ: 新しい世代の総合的な膜 - 飲料水の安全のためのナノテクノロジーは」新しいナノテクノロジー可能にされた膜のプロセスおよび技術の開発に焦点を合わせる努力の大きい学際的のの例です。 パートナーシップは nanostructured 膜のデザインにあり、水質の技術に応用でき基本的な nanomaterials 化学および物質科学をアドレス指定します。 プロジェクトはのそして外国の何人かの研究グループ米国間の相互協力です。 例 PIRE のプロジェクトは抵抗力がある銀 polysulfone の合成物の膜を biofouling のデザインの私達の最近の調査です。 この作業では、 nanocomposite の膜は膜のポリマーマトリックスに銀製の nanoparticles を組み込むことによって総合されました。

Ag の nanoparticle に満ちた膜の表面の biofilm の成長の阻止

粒子は総合された元situ オルガノゾルとして鋳造の解決にそれから追加されるか、またはポリマー溶媒によってイオンの銀の in-situ 減少によって鋳造の解決で作り出されてであり。 私達は準備された nanocomposites によってイオンの銀の漸進的なリリースによる抗菌性容量が気孔率ことをの広い範囲の nanocomposite の膜で biofouling intrapore の減少で有効である場合もあることを示しました。 nanocomposites はまた下流の膜の表面の biofilm の成長を禁じる macroporous 膜のスペーサのために材料のような使用できます11

制御された温度/湿気区域を使用して鋳造の nanocomposite の膜。 左から右へ: ジュリアンの Taurozzi (今 NIST で)、 Volodymyr Tarabara、アレックス Wang (今 Pentair、 Inc. と)、アダム Rogensues (今 Severn Trent と)

膜パフォーマンスを改善するのに機能 nanoparticle がどのようにの使用することができるかもう一つの例はハイブリッド ozonation 限外濾過のハイブリッドプロセスです。 このプロセスはミシガン州立大学に NSF の出資による研究計画の焦点にあります。 1 つのハイブリッド単位の膜分離との nanoparticle ベースの機能性の組合せは全面的なプロセス効率を改善し、余分な冗長性を取除きます25-31

ハイブリッドシステムでは、 ozonation はオゾンや水酸ラジカルによって foulants の酸化による軽減の膜の汚染で有効です。 膜の表面の FeO23 そして MnO2 のような nanoparticles をもたらすことによって、ハイブリッドプロセスの効率は nanoparticles の触媒作用の効果および膜の汚染に膜の表面の貢献でまたはその近辺に集中される NOM の部分のより目標とされた酸化が両方かなり高められた原因である場合もあります。

このハイブリッドプロセスの特徴は膜の表面で触媒作用の ozonation の効果によるそれ表面残ります比較的 foulant なしにです; 従って、汚染の層がない時、 foulant 膜の相互作用は膜操作の長期の間重要に残ります。 これは、それから、長期膜操作のために膜の表面工学の検索能力を高めます。


参照

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、版権 AZoNano.com Volodymyr Tarabara (ミシガン州立大学) 教授

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

Last Update: 14. June 2013 01:31

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