나노 과학과 급수정화

교수에 의하여 Volodymyr V. Tarabara

Volodymyr V. Tarabara, 수사반장, 환경 나노 과학 연구 단체 교수: 막, Partocles 의 공용영역, 시민과 환경 기술설계, 미시간주 대학의 부
대응 저자: tarabara@msu.edu

마지막 이십년은 입자식 매체 여과 화학 강수 연화와 같은 전통적인 물 처리 단위 공정을 보충하고 수시로 대체하고 대체로 받아들여진 기술의 계열로 설치된 막 기지를 둔 별거를 보았습니다. microfiltration 초여과 장치, nanofiltration, 그리고 역삼투와 같은 막 프로세스는, 다양한 근원 근해에서 오염물질의 다양한 범위를 제거하기 위하여 이용될 수 있습니다. 2008년 현재로, 혼자 미국에 있는 막 산업은 $2.9십억 및 증가입니다.

막 기술의 상업적인 성공은 막 물자와 프로세스의 지역에 있는 지속적인 혁신에서 지상에 놓입니다. 막의 재료 과학에 있는 신 개발은 나노 과학에 있는 어드밴스에 의해 큰 부분에서 연료가 공급되었습니다. 더럽히기에 향상된 침투성, 선택성 및 저항을 가진 막은 새로 유효한 nanomaterials를 사용하여 발육되었습니다.

기능적인 nanomaterials는 공동성으로 별거와 추가 기능을 결합하고 더 작은 환경 발자국으로 능률적인 막을 준비하기 위하여 이용되었습니다. nanomaterial 가능하게 된 막의 보기는 다음을 포함합니다:

i) nanomaterials (TiO ZrO, 항공 연락 장교, 등등 또한 탄소 nanotubes와 같은 탄소 nanomaterials에서 준비된 막의2 비발한2 종류2와 같은3 무기1 물자에서 전통적으로 준비된) 예를들면, 세라믹에서 막 준비되는 막;2-4
II) templating nanomaterial에 의해 준비되는 막5;
iii) 중합체 nanocomposite 막 (예를들면, 무기 충전물로26-8TiO, 9-11Ag0, 2312,13항공 연락 장교 및214-16SiO, NaA17 비석을 사용하는);
iv) 기능적인 nanoparticles (예를들면, Fe/Ni, Fe/Pd, Ag018-20의 금20,21, zero-valent22철)23를 가진 막 반응기.24

국제적인 연구 및 교육을 위한 우리의 NSF 후원된 연구 계획 "공동체정신: 새로운 세대 합성 막 - 식용수 안전을 위한 나노 과학은" 새로운 나노 과학 가능하게 된 막 프로세스 및 기술의 발달에 집중된 노력의 큰 이분야의 보기입니다. 공동체정신은 nanostructured 막의 디자인에 있고 수질 기술에 적용한대로 기본적인 nanomaterials 화학 및 재료 과학을 제시합니다. 계획사업은에 있는 그리고 해외로 몇명의 연구 단체 미국 사이 공동 조력입니다. 보기 PIRE 계획사업은 저항하는 은 polysulfone 합성물 막을 biofouling의 디자인에 우리의 최근 연구 결과입니다. 이 일에서는, nanocomposite 막은 막의 중합체 매트릭스로 은 nanoparticles를 통합해서 종합되었습니다.

Ag의 표면에 biofilm 성장의 금지는 막을 nanoparticle 채웠습니다

입자는 종합한 전 situ 오르가노졸로 주물 해결책에 그 때 추가하거나 중합체 용매에 의해 이오니아 은의 제자리 감소를 통해 주물 해결책에서 생성해이었습니다. 우리는 준비한 nanocomposites에 의하여 이오니아 은의 점차적인 방출 때문에 항균 수용량이 유공성의 광범위의 nanocomposite 막에서 biofouling intrapore를 감소시키는에서 효과적일 수 있다는 것을 보여주었습니다. nanocomposites는 또한 하류 막 표면에 biofilm 성장을 억제하는 macroporous 막 간격 장치를 위해 물자와 같은 이용될 수 있었습니다11.

통제되는 온도/습도 약실을 사용하는 주물 nanocomposite 막. 좌에서 우로: 율리우스 Taurozzi (지금 NIST에), Volodymyr Tarabara, 알렉스 왕 (지금 Pentair, Inc.에), 아담 Rogensues (지금 Severn Trent에)

막 성과를 향상하기 위하여 기능적인 nanoparticle가 어떻게의 이용될 수 있는지 또 다른 보기는 잡종 ozonation 초여과 장치 잡종 프로세스입니다. 이 프로세스는 미시간주 대학에 NSF 투자한 연구 계획의 초점에 있습니다. 1개의 잡종 부대에 있는 막분리와의 nanoparticle 기지를 둔 기능의 조합은 전반적인 가공 효율성을 향상하고 과도한 중복을 제거합니다25-31.

혼성 시스템에서는, ozonation는 오존 및 또는 수산기에 의하여 foulants의 산화 때문에 감소 막 더럽히기에서 효과적입니다. 막 표면에 FeO23 그리고 MnO2 와 같은 nanoparticles를 소개해서 잡종 프로세스의 효율성은 nanoparticles의 촉매 효력 및 막 더럽히기에 막 지상 기여 육박하거나 갱신하는 집중되는 NOM 부분의 표적으로 한 산화 둘 다 현저하게 강화한 때문입니다 할 수 있습니다.

이 잡종 프로세스의 특징은 막 표면에 촉매 ozonation의 효력 때문에 그것, 표면 남아 있습니다 상대적으로 foulant 자유롭게입니다; 그러므로, 더럽히는 층이 없을 경우에, foulant 막 상호 작용은 막 작동의 확장되는 기간 동안 중요하게 남아 있습니다. 이것은, 차례차례로, 장기 막 작동을 위해 막 표면 기술설계의 관련성을 증가합니다.


참고

1. 별거를 위한 Li, K., 세라믹 막 및 반응. 2007년: J. 윌에이 & 아들.
2. Fornasiero, F., 공원, H.G., Holt, J.K., Stademann, M., Grigoropoulos, C.P., Noy, A. 및 Bakajin 의 이하 2 nm 탄소 nanotube 숨구멍, PNAS 105 (2008년) 17250-17255에 의하여 O. Ion 배타.
3. Hinds, B.J., Chopra, N., Rantell, T., Andrews, R., Gavalas, V. 및 Bachas, L.G. Aligned는 탄소 nanotube 막, 과학 303 (2004년) 62-65를 multiwalled.
4. Holt, J.K., 공원, H.G., 왕, Y., Stademann, M., Artyukhin, A.B., Grigoropoulos, C.P., Noy, A. 및 Bakajin 의 이하 2 nnaometer 탄소 nanotubes를 통해서 O. Fast 대량 수송, 과학 312 (2006년) 1034-1037년.
5. Velev, O.D. 및 Lenhoff 의 다공성 물자, Curr를 위한 템플렛으로 A.M. Colloidal 결정. 의견 콜로이드 공용영역 Sci. 5 (2000년) 56-63.
6. Ebert, K., Fritsch, D., Koll, J. 및 Tjahjawiguna, 다공성 중합체의 압축 행동에 무기 충전물의 C. Influence는 막, J. Membr를 기지를 두었습니다. Sci. 233 (2004년) 71-78.
7. Li, J.B., 주, J.W. 및 Zheng, M.S. Morphologies 및 모함된 TiO2 nanoparticles를 가진 많은 (phthalazinone 에테르 sulfone 케톤) 매트릭스 초여과 장치 막의 속성, J. Appl. Polym. Sci. 103 (2006년) 3623-3629.
8. 양, Y., 장, H., 왕, P., Zheng, Q. 및 Li, J. PSF UF 막, J. Membr의 형태학 그리고 속성에 nano 치수가 재진 TiO2 충전물의 영향. Sci. 288 (2007년) 231-238.
9. Chou, W.L., Yu, D.G. 및 양, M.C. 물 처리, Polym를 위한 섬유 막이 은 선적 셀루로스 아세테이트의 준비에 의하여 그리고 특성은 속을 비게 합니다. 전진. Technol. 16 (2005년) 600 - 607.
10. 아들, W.K., Youk, J.H., 이, T.S. 및 공원, 은 nanoparticles를 가진 항균성 ultrafine 셀루로스 아세테이트 섬유의 W.H. Preparation, Macromol. 급속한 Commun. 25 (2004년) 1632-1637년.
11. Taurozzi, J.S., Arul, H., Bosak, V.Z., Burban, A.F., 음성, T.C., Bruening, M.L. 및 Tarabara, 다른 유공성의 polysulfone 은 nanocomposite 막의 속성에 대한 충전물 합동 경로의 V.V. Effect, J. Membr. Sci. 325 (2008년) 58-68.
12. Wara, N.M., 프랜시스, L.F. 및 Velamakanni, 셀루로스 아세테이트 막에 반토의 B.V. Addition, J. Membr. Sci. 104 (1995년) 43-49.
13. Yan, L., Li, Y.S., Xiang, C.B. 및 Xianda, PVDF 초여과 장치 막 성과에 대한 nano 치수가 재진 Al2O3 입자 추가의 S. Effect, J. Membr. Sci. 276 (2006년) 162-167.
14. Aerts, P., Genne, I., Kuypers, S., Leysen, R., Vankelecom, I.F.J. 및 Jacobs 의 P.A. Polysulfone aerosil 합성 막: 부 2. 피부 특성 및 막 속성, J. Membr에 aerosil의 추가의 영향. Sci. 178 (2000년) 1-11.
15. Aerts, P., 밴 Hoof, E., Leysen, R., Vankelecom, I.F.J. 및 Jacobs 의 P.A. Polysulfone aerosil 합성 막: 부 1. 대형 프로세스와 막 형태학, J. Membr에 Aerosil의 추가의 영향. Sci. 176 (2000년) 63-73.
16. Nunes, S.P., Peinemann, K.V., Ohlrogge, K., Alpers, A., Keller, M. 및 Pires, 많은 (에테르 이미드) nanodispersed 실리카, J. Membr의 A.T.N. Membranes. Sci. 157 (1999년) 219-226.
17. Jeong, B.H., Hoek, E.M.V., Yan, Y., Huang, X., Subramani, A., Hurwitz, G., Ghosh, A.K. 및 Jawor 의 박막 nanocomposites의 A. Interfacial 중합: 역삼투 막을 위한 새로운 개념, J. Membr. Sci. 294 (2007년) 1-7.
18. 마이어, D.E., 나무, K., Bachas, L.G. 및 Bhattacharyya, 막 고정된 nanosized 금속에 의하여 염화로 처리한 유기물의 D. Degradation은, 둘러쌉니다. Prog. 23 (2004년) 232-242.
19. 우, L. 및 Ritchie, 셀루로스 아세테이트를 거쳐 근해에서 트리클로롤에틸렌의 S.M.C. Removal는 두금속 Ni/Fe nanoparticles, Chemosphere를 63 (2006년) 285 지원했습니다.
20. Xu, J., 더 졸린, A.와 Bhattacharyya, 할로겐화된 유기화합물의 감소하는 전이를 위한 고분자 전해질 막 매트릭스에 있는 nanoscale 두금속 입자의 D. Synthesis, J. Nanopart. Res. 7 (2005년) 449-467.
21. Xu, J. 및 Bhattacharyya 의 microfiltration 막에 있는 D. Fe/Pd nanoparticle 동원정지는 심사 숙고합니다: 폴리염화 비페닐의 dechlorination, Ind에 있는 종합, 특성 및 응용. Eng. Chem. Res. 46 (2007년) 2348-2359.
22. Dai, J. 및 Bruening 의 다층 고분자 전해질 필름, Nanoletters에 있는 금속 이온의 감소에 의해 2 형성되는 M.L. Catalytic nanoparticles (2002년) 497 - 501.
23. Dotzauer, D.M., Dai, J., 일요일, L. 및 Bruening 의 다공성 지원, Nano Lett에 있는 고분자 전해질/금속 nanoparticle 필름의 층 에 의하여 층 흡착을 사용하는 준비되는 M.L. Catalytic 막. (2006년) 2268-2272.
24. 우, L.F., Shamsuzzoha, M. 및 Ritchie, S.M.C. 셀루로스 아세테이트의 준비는 근해, J. Nanopart에 있는 트리클로롤에틸렌의 dechlorination를 위한 zero-valent 철 nanoparticles를 지원했습니다. Res. 7 (2005년) 469-476.
25. 산화철의 Karnik, B.S., Baumann, M.J., Masten, S.J. 및 Davies, S.H. AFM 및 SEM 특성은 세라믹 막, J. Membr를 입혔습니다. Sci. 41 (2006년) 6861-6870.
26. Karnik, B.S., Davies, S.H., Baumann, M.J. 및 Masten, 결합한 ozonation 및 초여과 장치를 사용하여 식용수의 처리를 위한 촉매 막의 S.J. Fabrication은, 둘러쌉니다. Sci. Technol. 39 (2005년) 7656-7661.
27. Karnik, B.S., Davies, S.H., Baumann, M.J. 및 Masten, S.J. 소독 부산물 대형, 근해 Res에 대한 결합된 ozonation 및 여과의 효력. 39 (2005년) 2839-2850.
28. Karnik, B.S., Davies, S.H.R., 첸, K.C., Jaglowski, D.R., Baumann, M.J. 및 Masten, nanocrystalline 세라믹 막의 침투 유출, 근해 Res에 대한 ozonation의 S.J. Effects. 39 (2005년) 728-734.
29. 잡종 가공 결합 ozonation의 Schlichter, B., Mavrov, V. 및 H., Chmiel 연구 결과 및 지상수에서 식용수 생산, 염분제거 168 (2004년) 307-317를 위한 microfiltration/초여과 장치.
30. 김, J., Davies, S.H.R., Baumann, M.J., Tarabara, V.V. 및 Masten, 자연적인 근해, J. Membr를 취급하는 잡종 ozonation 세라믹 초여과 장치 시스템에 있는 침투 유출에 대한 오존 노출량과 유체역학 조건의 S.J. Effect. Sci. 311 (2008년) 165-172.
31. 김, J., Shan, W.Q., Davies, S.H.R., Baumann, M.J., Masten, S.J. 및 Tarabara, Nanoscale TiO2를 가진 수성 NOM의 V.V. Interactions: 세라믹 막 여과 Ozonation 잡종 프로세스를 위한 연루는, 둘러쌉니다. Sci. Technol. 43 (2009년) 5488-5494.

, 저작권 AZoNano.com Volodymyr Tarabara (미시간주 대학) 교수

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

Last Update: 14. June 2013 01:34

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