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Nanotecnologia e Purificação de Água

pelo Prof. Volodymyr V. Tarabara

Professor Volodymyr V. Tarabara, Investigador Principal, Grupo de Investigação Ambiental da Nanotecnologia: Membranas, Partocles, Relações, Departamento da Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Estado do Michigan
Autor Correspondente: tarabara@msu.edu

As últimas duas décadas consideraram a separação membrana-baseada estabelecida como uma família das tecnologias amplamente aceitadas que complementam e substituem frequentemente processos de unidade tradicionais do tratamento da água tais como a filtragem granulada dos media, a precipitação química e o amaciamento. Os processos das Membranas tais como o microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, e osmose reversa, podem ser usados para remover uma escala diversa dos poluentes de uma variedade de águas da fonte. 2008, a indústria da membrana nos E.U. apenas é $2,9 bilhões e crescimento.

O sucesso comercial de tecnologias da membrana é aterrado na inovação contínua nas áreas de materiais e de processos da membrana. As revelações Recentes na ciência de materiais das membranas foram abastecidas na grande parte por avanços na nanotecnologia. As Membranas com permeabilidade, selectividade, e resistência melhoradas a sujar foram desenvolvidas usando recentemente nanomaterials disponíveis.

Os nanomaterials Funcionais foram usados para combinar synergistically a separação e funções adicionais e para preparar umas membranas mais eficientes com uma pegada ambiental menor. Os Exemplos das membranas nanomaterial-permitidas incluem:

i) membranas preparadas dos nanomaterials (por exemplo, membranas cerâmicas que foram preparadas tradicional dos materiais inorgánicos tais como TiO, ZrO2, AlO2,2 Etc.3 mas1 igualmente a classe nova de membranas preparadas dos nanomaterials do carbono tais como nanotubes do carbono);2-4
) membranas ii preparadas pelo nanomaterial que templating5;
) membranas do nanocomposite do polímero iii (por exemplo, usando o zeolite de TiO26-8, de Ag09-11, de AlO2312,13, e de SiO214-16, de NaA como17 enchimentos inorgánicos);
reactores da membrana do iv) com nanoparticles funcionais (por exemplo, Fe/Ni, 18-20Fe/Pd, 20,21Ag0, 22ouro, 23ferro zero-valent).24

Parceria do Nosso projecto de investigação NSF-patrocinado “para a Pesquisa e a Educação Internacionais: Membranas sintéticas da Nova geração - a Nanotecnologia para a segurança da água potável” é um exemplo de um grande interdisciplinar do esforço centrado sobre a revelação de processos e de tecnologias nanotecnologia-permitidos novos da membrana. A Parceria está no projecto das membranas nanostructured e endereça nanomaterials fundamentais química e ciência de materiais para tecnologias da qualidade de água. O projecto é um esforço conjunto entre um número de grupos de investigação nos Estados Unidos e no exterior. Um projecto do exemplo PIRE é nosso estudo recente no projecto de biofouling as membranas resistentes do composto do prata-polysulfone. Neste trabalho, as membranas do nanocomposite foram sintetizadas incorporando os nanoparticles de prata na matriz do polímero de uma membrana.

A Inibição de crescimento do biofilm na superfície do AG nanoparticle-encheu as membranas

As partículas foram sintetizadas ex situ e adicionadas então à solução da carcaça como o organosol ou produzidas na solução da carcaça através da redução in situ da prata iónica pelo solvente do polímero. Nós mostramos que a capacidade anti-bacteriana devido à liberação gradual da prata iónica pelos nanocomposites preparados pode ser eficaz em reduzir o intrapore que biofouling nas membranas do nanocomposite de uma vasta gama de porosidades. Tais nanocomposites poderiam igualmente ser usados como os materiais para que os espaçadores macroporous da membrana inibam o crescimento do biofilm na membrana a jusante surgem11.

A utilização das membranas do nanocomposite da Carcaça controlou a câmara da temperatura/umidade. Da esquerda para a direita: Taurozzi Juliano (agora no NIST), Volodymyr Tarabara, Alex Wang (agora com Pentair, Inc.), Adam Rogensues (agora com Severn Trent)

Um Outro exemplo de como o nanoparticle funcional pode ser usado para melhorar o desempenho de membrana é o processo híbrido do híbrido do ozonation-ultrafiltration. Este processo está no foco do projecto de investigação NSF-financiado na Universidade de Estado do Michigan. A combinação de funcionalidades nanoparticle-baseadas com a separação de membrana em uma unidade híbrida melhora a eficiência total do processo e remove a redundância excessiva25-31.

No sistema híbrido, o ozonation é eficaz em sujar da membrana do abrandamento devido à oxidação dos foulants por radicais do ozônio e/ou de hidróxilo. Introduzindo nanoparticles tais como FeO23 e MnO2 na superfície da membrana, a eficiência do processo híbrido pode ser significativamente aumentado devido ao efeito catalítico dos nanoparticles e à oxidação mais visada da parcela de NOM que é concentrada em ou perto da contribuição de superfície da membrana a sujar da membrana.

Um aspecto original deste processo híbrido é aquele devido ao efeito do ozonation catalítico na superfície da membrana, a superfície permanece relativamente foulant-livre; conseqüentemente, na ausência da camada sujando, as interacções da foulant-membrana permanecem importantes por períodos prolongados de operação da membrana. Isto, por sua vez, aumenta a importância da engenharia da superfície da membrana para uma operação mais a longo prazo da membrana.


Referências

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Copyright AZoNano.com, Professor Volodymyr Tarabara (Universidade de Estado do Michigan)

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

Last Update: 14. June 2013 01:48

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