Related Offers

Nanotechnologie en de Reiniging van het Water

door Prof. Volodymyr V. Tarabara

Professor Volodymyr V. Tarabara, Belangrijkste Onderzoeker, het MilieuOnderzoeksteam van de Nanotechnologie: Membranen, Partocles, Interfaces, Afdeling van Burgerlijke en MilieuTechniek, de Universiteit van de Staat van Michigan
Overeenkomstige auteur: tarabara@msu.edu

De laatste twee decennia hebben op membraan-gebaseerde die scheiding gezien als familie van ruim toegelaten technologieën wordt gevestigd die aanvullen en vaak traditionele de eenheidsprocessen van de waterbehandeling zoals korrelige media filtratie, het chemische precipitatie en zacht worden vervangen. De processen van Membranen zoals micro-filtratie, ultrafiltratie, nanofiltration, en omgekeerde osmose, kunnen worden gebruikt om een diverse waaier van verontreinigende stoffen uit een verscheidenheid van bronwateren te verwijderen. Vanaf 2008, is de membraanindustrie in de V.S. alleen $2.9 miljard en het groeien.

Het commerciële succes van membraantechnologieën wordt aan de grond gezet in de ononderbroken innovatie op het gebied van membraanmaterialen en processen. De Recente ontwikkelingen in de materialenwetenschap van zijn membranen van brandstof voorzien in groot deel door vooruitgang in nanotechnologie. De Membranen met betere doordringbaarheid, selectiviteit, en weerstand tegen het bevuilen zijn ontwikkeld onlangs gebruikend beschikbare nanomaterials.

Functionele nanomaterials zijn gebruikt om scheiding en extra functies synergistically te combineren en efficiëntere membranen voor te bereiden met een kleinere milieuvoetafdruk. De Voorbeelden van nanomaterial-toegelaten membranen omvatten:

i) membranen van nanomaterials worden voorbereid (b.v., ceramische membranen die traditioneel van anorganische materialen zoals TiO, ZrO,2 AlO zijn voorbereid2,2 enz.3 maar ook1 de nieuwe die klasse van membranen van koolstofnanomaterials worden voorbereid zoals koolstof die nanotubes);2-4
ii die) membranen door nanomaterial templating worden voorbereid5;
iii) polymeer nanocomposite membranen (b.v., gebruikend TiO, 26-8Ag0, 9-11zeoliet AlO2312,13, en SiO214-16, NaA als17 anorganische vullers);
iv) membraanreactoren met functionele nanoparticles (b.v., Fe/Ni, 18-20Fe/Pd, 20,21Ag0, 22gouden, 23zero-valent ijzer).24

Vennootschap van Ons NSF-Gesponsord onderzoekproject het „voor Internationaal Onderzoek en Onderwijs: Nieuwe generatie synthetische membranen - de Nanotechnologie voor drinkwaterveiligheid“ is een voorbeeld van grote interdisciplinair van inspanning concentreerde zich op de ontwikkeling van nieuwe nanotechnologie-toegelaten membraanprocessen en technologieën. Het Vennootschap is op het ontwerp van nanostructured membranen en richt fundamentele nanomaterialschemie en materialenwetenschap zoals toegepast op de technologieën van de waterkwaliteit. Het project is een gezamenlijke inspanning tussen een aantal onderzoeksteams in de Verenigde Staten en in het buitenland. Een voorbeeldPire- project is onze recente studie over het ontwerp van het biofouling van bestand zilveren-polysulfone samengestelde membranen. In dit werk, werden de nanocompositemembranen samengesteld door zilveren nanoparticles in de polymeermatrijs van een membraan op te nemen.

Remming van de biofilmgroei op de oppervlakte van Ag nanoparticle-gevulde membranen

De deeltjes werden of samengesteld ex situ en toen toevoegden aan de het gieten oplossing als organosol of produceerden in de het gieten oplossing via vermindering in situ van Ionisch zilver door het polymeeroplosmiddel. Wij hebben aangetoond dat de antibacteriële capaciteit toe te schrijven aan de geleidelijke versie van Ionisch zilver door voorbereidingen getroffen nanocomposites efficiënt kan zijn in het verminderen van intrapore het biofouling in nanocompositemembranen van een brede waaier van porosities. Dergelijke nanocomposites konden ook als materialen voor macroporous membraanverbindingsstukken worden gebruikt om de biofilmgroei op stroomafwaartse membraanoppervlakten te remmen11.

Gietende nanocomposite membranen die gecontroleerde temperatuur/vochtigheidskamer gebruiken. Van links naar rechts: Julian Taurozzi (nu bij NIST), Volodymyr Tarabara, Alex Wang (nu met Pentair, Inc.), Adam Rogensues (nu met Severn Trent)

Een Ander voorbeeld van hoe functionele nanoparticle kan worden gebruikt om membraanprestaties te verbeteren is hybride het ozonation-ultrafiltratie hybride procédé. Dit proces is bij de nadruk van het NSF-Gefinancierde onderzoekproject bij de Universiteit van de Staat van Michigan. De combinatie nanoparticle-gebaseerde functionaliteit met membraanscheiding in één hybride eenheid verbetert de algemene procesefficiency en verwijdert bovenmatige overtolligheid25-31.

In het hybride systeem, is ozonation efficiënt in het verlichten van membraan bevuilen wegens de oxydatie van foulants door ozon en/of hydroxylbasissen. Door nanoparticles zoals FeO en23 MnO aan2 de membraanoppervlakte te introduceren, kan de efficiency van het hybride proces beduidend wegens zowel het katalytische effect van nanoparticles als meer gerichte oxydatie van het gedeelte worden verbeterd NOM dat aan of dichtbij de membraanoppervlakte die geconcentreerd is tot membraan het bevuilen bijdraagt.

Een uniek aspect van dit hybride proces is dat gepast met als inhoud van katalytische ozonation aan de membraanoppervlakte, de oppervlakte vrij foulant-vrij blijft; daarom bij gebrek aan de het bevuilen laag, blijven de foulant-membraaninteractie belangrijk voor uitgebreide periodes van membraanverrichting. Dit, beurtelings, verhoogt de relevantie van de techniek van de membraanoppervlakte voor membraanverrichting op langere termijn.


Verwijzingen

1. Li, K., Ceramische Membranen voor Scheiding en Reactie. 2007: J. Wiley & Zonen.
2. Fornasiero, F., Park, H.G., Holt, J.K., Stademann, M., Grigoropoulos, C.P., Noy, A. en Bakajin, de uitsluiting van O. Ion door sub-2-NM koolstof nanotube poriën, PNAS 105 (2008) 17250-17255.
3. Hinds, B.J., Chopra, N., Rantell, T., Andrews, R., Gavalas, V. en Bachas, L.G. Aligned multiwalled koolstof nanotube membranen, Wetenschap 303 (2004) 62-65.
4. Holt, J.K., Park, H.G., Wang, Y., Stademann, M., Artyukhin, A.B., Grigoropoulos, C.P., Noy, A. en Bakajin, Fast de massavervoer van O. door sub-2-nnaometerkoolstof nanotubes, Wetenschap 312 (2006) 1034-1037.
5. Velev, O.D. en Lenhoff, de Colloïdale kristallen van A.M. als malplaatjes voor poreuze materialen, Curr. Sc.i van de Interface van het Colloïde van het Advies. 5 (2000) 56-63.
6. Ebert, K., Fritsch, D., Koll, J. en Tjahjawiguna, C. Influence van anorganische vullers op het het samenpersengedrag van poreuze polymeer gebaseerde membranen, J. Membr. Sc.i. 233 (2004) 71-78.
7. Li, J.B., Zhu, J.W. en Zheng, M.S. Morphologies en eigenschappen van de poly (het sulfonketon van de phthalazinoneether) membranen van de matrijsultrafiltratie met gevangen TiO2 nanoparticles, J. Appl. Polym. Sc.i. 103 (2006) 3623-3629.
8. Yang, Y., Zhang, H., Wang, P., Zheng, Q. en Li, J. De invloed van nano-gerangschikte TiO2 vullers op de morfologie en de eigenschappen van PSF UF membraan, J. Membr. Sc.i. 288 (2007) 231-238.
9. Chou, W.L., Yu, D.G. en Yang, M.C. De voorbereiding en de karakterisering van zilveren-laadt hol de vezelmembraan van de celluloseacetaat voor waterbehandeling, Polym. Adv. Technol. 16 (2005) 600 - 607.
10. Zoon, W.K., Youk, J.H., Lee, T.S. en Park, W.H. Preparation van antimicrobial ultrafine vezels van de celluloseacetaat met zilveren nanoparticles, Macromol. Snelle Commun. 25 (2004) 1632-1637.
11. Taurozzi, J.S., Arul, H., Bosak, V.Z., Burban, A.F., Stem, T.C., Bruening, M.L. en Tarabara, V.V. Effect van de route van de vullerintegratie op de eigenschappen van polysulfone-zilver nanocomposite membranen van verschillende porosities, J. Membr. Sc.i. 325 (2008) 58-68.
12. Wara, N.M., Francis, L.F. en Velamakanni, de Toevoeging van B.V. van alumina aan de membranen van de celluloseacetaat, J. Membr. Sc.i. 104 (1995) 43-49.
13. Yan, L., Li, Y.S., Xiang, C.B. en Xianda, S. Effect van nano-gerangschikte al2O3-Deeltje toevoeging op PVDF de prestaties van het ultrafiltratiemembraan, J. Membr. Sc.i. 276 (2006) 162-167.
14. Aerts, P., Genne, I., Kuypers, S., Leysen, R., Vankelecom, I.F.J. en Jacobs, P.A. de samengestelde membranen van polysulfone-Aerosil: Deel 2. De invloed van de toevoeging van aerosil op de huidkenmerken en de membraaneigenschappen, J. Membr. Sc.i. 178 (2000) 1-11.
15. Aerts, P., Van Hoof, E., Leysen, R., Vankelecom, I.F.J. en Jacobs, P.A. de samengestelde membranen van polysulfone-Aerosil: Deel 1. De invloed van de toevoeging van Aerosil op de van het vormingsproces en membraan morfologie, J. Membr. Sc.i. 176 (2000) 63-73.
16. Nunes, S.P., Peinemann, K.V., Ohlrogge, K., Alpers, A., Keller, M. en Pires, A.T.N. Membranes van poly (etherimide) en nanodispersed kiezelzuur, J. Membr. Sc.i. 157 (1999) 219-226.
17. Jeong, B.H., Hoek, E.M.V., Yan, Y., Huang, X., Subramani, A., Hurwitz, G., Ghosh, A.K. en Jawor, de Interfacial polymerisatie van A. van dunne film nanocomposites: Een nieuw concept voor omgekeerde osmosemembranen, J. Membr. Sc.i. 294 (2007) 1-7.
18. Meyer, D.E., het Hout, K., Bachas, L.G. en Bhattacharyya, D. Degradation van gechloreerde natuurlijke producten door membraan-geïmmobiliseerd nanosized metalen, Omgeven. Prog. 23 (2004) 232-242.
19. Wu, L. en Ritchie, S.M.C. Removal van trichloroethyleen van water door cellulose acetaat gesteunde bimetaalNi/Fe nanoparticles, Chemosphere 63 (2006) 285.
20. Xu, J., Dozier, A. en Bhattacharyya, D. Synthesis van nanoscale bimetaaldeeltjes in polyelectrolyte membraanmatrijs voor reducerende transformatie van gehalogeneerde organische samenstellingen, J. Nanopart. Onderzoek. 7 (2005) 449-467.
21. Xu, J. en Bhattacharyya, de immobilisatie van D. Fe/Pd nanoparticle in de poriën van het micro-filtratiemembraan: Synthese, karakterisering, en toepassing in de dechlorering van polychlorinated biphenyls, Ind. Eng. Chem. Onderzoek. 46 (2007) 2348-2359.
22. Dai, J. en Bruening, M.L. Catalytic nanoparticles vormden zich door vermindering van metaalIonen in multilayered polyelectrolyte films, Nanoletters 2 (2002) 497 - 501.
23. Dotzauer, D.M., Dai, J., Zon, L. en Bruening, de Catalytic voorbereide membranen van M.L. gebruikend laag-door-laag adsorptie van polyelectrolyte/metaal nanoparticle films in poreuze steunen, Nano Lett. (2006) 2268-2272.
24. Wu, L.F., Shamsuzzoha, M. en Ritchie, S.M.C. De Voorbereiding van celluloseacetaat steunde zero-valent ijzer nanoparticles voor de dechlorering van trichloroethyleen in water, J. Nanopart. Onderzoek. 7 (2005) 469-476.
25. Karnik, B.S., Baumann, M.J., Masten, S.J. en Davies, S.H. AFM en de karakterisering van SEM van ijzeroxyde met een laag bedekte ceramische membranen, J. Membr. Sc.i. 41 (2006) 6861-6870.
26. Karnik, B.S., Davies, S.H., Baumann, M.J. en Masten, S.J. Fabrication van katalytische membranen voor de behandeling die van drinkwater gecombineerde ozonation en ultrafiltratie gebruikt, Omgeven. Sc.i. Technol. 39 (2005) 7656-7661.
27. Karnik, B.S., Davies, S.H., Baumann, M.J. en Masten, S.J. De gevolgen van gecombineerde ozonation en filtratie voor de vorming van het desinfectiebijproduct, Water Onderzoek. 39 (2005) 2839-2850.
28. Karnik, B.S., Davies, S.H.R., Chen, K.C., Jaglowski, D.R., Baumann, M.J. en Masten, S.J. Effects van ozonation op de doordringende stroom van nanocrystalline ceramische membranen, Water Onderzoek. 39 (2005) 728-734.
29. Schlichter, B., Mavrov, V. en H., Studie Chmiel van een hybride proces dat ozonation en micro-filtratie/ultrafiltratie voor drinkwaterproductie combineert van oppervlaktewater, Ontzilting 168 (2004) 307-317.
30. Kim, J., Davies, S.H.R., Baumann, M.J., Tarabara, V.V. en Masten, S.J. Effect van ozondosering en hydrodynamische voorwaarden op de doordringende stroom in een hybride ozonation-ceramisch ultrafiltratiesysteem dat natuurlijke wateren, J. Membr behandelt. Sc.i. 311 (2008) 165-172.
31. Kim, J., Shan, W.Q., Davies, S.H.R., Baumann, M.J., Masten, S.J. en Tarabara, V.V. Interactions van Waterige NOM met Nanoscale TiO2: De Implicaties voor het Ceramische Hybride Proces van filtratie-Ozonation van het Membraan, Omgeven. Sc.i. Technol. 43 (2009) 5488-5494.

Copyright AZoNano.com, Professor Volodymyr Tarabara (de Universiteit van de Staat van Michigan)

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

Last Update: 14. June 2013 01:16

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit