Нанотехнология и Очищение Воды

Prof. Volodymyr V. Tarabara

Профессор Volodymyr V. Tarabara, Главным Образом Исследователь, Относящая К Окружающей Среде Исследовательская Группа Нанотехнологии: Мембраны, Partocles, Интерфейсы, Отдел Гражданского и Изучение Влияния Окружающей Среды, Университет Штата Мичиган
Соответствуя автор: tarabara@msu.edu

Последние 2 декады видели мембран-основанное разъединение установленное как семейство обширно принятых технологий которые комплектуют и часто заменяют традиционные процессы блока водоочистки как зернистая фильтрация средств, химическое высыпание и размягчать. Процессы Мембран как microfiltration, ультрафильтрование, nanofiltration, и обратный осмоз, можно использовать для того чтобы извлечь разнообразный ряд поллютантов от разнообразие вод источника. От 2008, индустрия мембраны в США самостоятельно $2,9 миллиарда и расти.

Коммерчески успех технологий мембраны заземлен в непрерывное рационализаторство в зонах материалов и процессов мембраны. Новейшие разработки в науке материалов мембран были заправлены топливом в большой части выдвижениями в нанотехнологию. Мембраны с улучшенными проницаемостью, селективностью, и сопротивлением к пакостить были развиты используя заново доступные nanomaterials.

Функциональные nanomaterials были использованы синергически для того чтобы совместить разъединение и дополнительные функции и подготовить более эффективные мембраны с более малым относящим к окружающей среде следом ноги. Примеры nanomaterial-позволенных мембран включают:

i) мембраны подготовленные от nanomaterials (например, керамических мембран которые традиционно были подготовлены от неорганических материалов как TiO, ZrO2, AlO2,2 Etc.3 но1 также романный тип мембран подготовленных от nanomaterials углерода как nanotubes углерода);2-4
) мембраны ii подготовленные nanomaterial templating5;
) мембраны nanocomposite полимера III (например, используя цеолит TiO26-8, Ag09-11, AlO2312,13, и SiO214-16, NaA как17 неорганические заполнители);
реакторы мембраны iv) с функциональными nanoparticles (например, Fe/Ni, 18-20Fe/Pd, 20,21Ag0, 22золотом, 23zero-valent утюгом).24

Партнерство Нашего NSF-спонсированного научно-исследовательского проекта «для Международных Исследования и Образования: Мембраны Нового поколения синтетические - Нанотехнология для безопасности питьевой воды» пример большое междисциплинарного усилия сфокусированного на развитии новых нанотехнология-позволенных процессов и технологий мембраны. Партнерство на конструкции nanostructured мембран и адресует основные nanomaterials химию и науку материалов в применении к технологиям качества воды. Проект совместные усилия между несколькими исследовательских групп в Соединенные Штаты и зарубежом. Проект примера PIRE наше недавнее изучение на конструкции biofouling упорные мембраны смеси серебр-полисульфона. В этой работе, мембраны nanocomposite были синтезированы путем включать серебряные nanoparticles в матрицу полимера мембраны.

Ингибитирование роста biofilm на поверхности Ag nanoparticle-заполнило мембраны

Частицы были или синтезированные ex-situ и после этого добавлено к разрешению отливки как органозоль или произведено в разрешении отливки через в-situ уменьшение ионного серебра растворителем полимера. Мы показывали что противобактериологическая емкость должная к постепенно отпуску ионного серебра подготовленными nanocomposites может быть эффективна в уменьшении intrapore biofouling в мембранах nanocomposite широкого диапазона пористостей. Такие nanocomposites смогли также быть использованы как материалы для макропористых прокладок мембраны для того чтобы заблокировать рост biofilm на идущих дальше по потоку поверхностях мембраны11.

Мембраны nanocomposite Отливки используя контролируемую камеру температуры/влажности. От левого к праву: Джулиан Taurozzi (теперь на NIST), Volodymyr Tarabara, Алекс Wang (теперь с Pentair, Inc.), Адам Rogensues (теперь с Severn Trent)

Другой пример как функциональный nanoparticle можно использовать для того чтобы улучшить представление мембраны гибридный процесс гибрида ozonation-ультрафильтрования. Этот процесс на фокусе NSF-фондированного научно-исследовательского проекта на Университете Штата Мичиган. Функциональности nanoparticle-основанные сочетание из с разъединением мембраны в один гибридный блок улучшают общую отростчатую эффективность и извлекают чрезмерно дублирование25-31.

В гибридной системе, ozonation эффективно в пакостить мембраны mitigating должный к оксидации foulants радикалами озона и/или гидроксила. Путем вводить nanoparticles как FeO23 и MnO2 на поверхности мембраны, эффективность гибридного процесса может быть значительно увеличенные должными как к каталитическому влиянию nanoparticles, так и более пристреливать оксидации части NOM которая сконцентрирована при или около способствовать мембраны поверхностный к пакостить мембраны.

Уникально аспект этого гибридного процесса то должное к влиянию каталитического ozonation на поверхности мембраны, поверхность остает относительно foulant-свободным; поэтому, в отсутствии напакостя слоя, взаимодействия foulant-мембраны остают важными на выдвинутые периоды деятельности мембраны. Это, в свою очередь, увеличивает релевантность инженерства поверхности мембраны для более долгосрочной деятельности мембраны.


Справки

1. Li, K., Керамические Мембраны для Разъединения и Реакция. 2007: J. Wiley & Сынки.
2. Fornasiero, F., Парк, G.H., Holt, K.J., Stademann, M., Grigoropoulos, P.C., Noy, A. и Bakajin, исключение O. Иона порами nanotube углерода sub-2-nm, PNAS 105 (2008) 17250-17255.
3. Hinds, J.B., Chopra, N., Rantell, T., Andrews, R., Gavalas, V. и Bachas, L.G. Aligned multiwalled мембраны nanotube углерода, Наука 303 (2004) 62-65.
4. Holt, K.J., Парк, G.H., Wang, Y., Stademann, M., Artyukhin, B.A., Grigoropoulos, P.C., Noy, A. и Bakajin, переход через nanotubes углерода sub-2-nnaometer, Наука 312 (2006) 1034-1037 O. Быстр массовый.
5. Velev, D.O. и Lenhoff, кристаллы A.M. Коллоидн как шаблоны для пористых материалов, Curr. Интерфейс Sci Коллоида Мнения. 5 (2000) 56-63.
6. Ebert, K., Fritsch, D., Koll, J. и Tjahjawiguna, C. Влиять На неорганических заполнителей на поведении уплотнения пористого полимера основали мембраны, J. Membr. Sci. 233 (2004) 71-78.
7. Li, B.J., Zhu, W.J. и Zheng, M.S. Словотолкование и свойства поли (мембран ультрафильтрования матрицы кетона сульфона эфира phthalazinone) с пойманными в ловушку TiO2 nanoparticles, J. Appl. Polym. Sci. 103 (2006) 3623-3629.
8. Yang, Y., Zhang, H., Wang, P., Zheng, Q. и Li, J. Влияние nano-определенных размер заполнителей TiO2 на словотолкованиях и свойствах мембраны PSF UF, J. Membr. Sci. 288 (2007) 231-238.
9. Chou, L.W., Yu, D.G и Yang, C.M. Подготовка и характеризация мембраны волокна с продольно-воздушным каналом ацетата целлюлозы серебр-нагрузки для водоочистки, Polym. Adv. Technol. 16 (2005) 600 до 607.
10. Сынок, K.W., Youk, H.J., Ли, T.S. и Парк, W.H. Подготовка противомикробных ultrafine волокон ацетата целлюлозы с серебряными nanoparticles, Macromol. Быстрое Commun. 25 (2004) 1632-1637.
11. Taurozzi, J.S., Arul, H., Bosak, V.Z., Burban, F.A., Голос, C.T., Bruening, L.M. и Tarabara, V.V. Влияние трассы внесения заполнителя на свойствах мембран nanocomposite полисульфон-серебра различных пористостей, J. Membr. Sci. 325 (2008) 58-68.
12. Wara, N.M., Фрэнсис, F.L. и Velamakanni, B.V. Добавление глинозема к мембранам ацетата целлюлозы, J. Membr. Sci. 104 (1995) 43-49.
13. Yan, L., Li, Y.S., Xiang, B.C. и Xianda, S. Влияние nano-определенного размер добавления Al2O3-particle на представлении мембраны ультрафильтрования PVDF, J. Membr. Sci. 276 (2006) 162-167.
14. Aerts, P., Genne, I., Kuypers, S., Leysen, R., Vankelecom, J.F.I. и Jacobs, мембраны P.A. Полисульфона-aerosil составные: Часть 2. Влияние добавления aerosil на характеристиках кожи и свойствах мембраны, J. Membr. Sci. 178 (2000) 1-11.
15. Aerts, P., Van Копыто, E., Leysen, R., Vankelecom, J.F.I. и Jacobs, мембраны P.A. Полисульфона-aerosil составные: Часть 1. Влияние добавления Aerosil на словотолковании процесса и мембраны образования, J. Membr. Sci. 176 (2000) 63-73.
16. Nunes, P.S., Peinemann, K.V., Ohlrogge, K., Alpers, A., Keller, M. и Pires, A.T.N. Мембрана поли (имид эфира) и nanodispersed кремнезема, J. Membr. Sci. 157 (1999) 219-226.
17. Jeong, B.H., Hoek, E.M.V., Yan, Y., Huang, X., Subramani, A., Hurwitz, G., Ghosh, K.A. и Jawor, полимерность A. Interfacial nanocomposites тонкого фильма: Новое понятие для мембран обратного осмоза, J. Membr. Sci. 294 (2007) 1-7.
18. Мейер, D.E., Древесина, K., Bachas, G.L. и Bhattacharyya, D. Ухудшение хлорированных органических веществ мембран-лишенными подвижности nanosized металлами, Environ. Prog. 23 (2004) 232-242.
19. Wu, L. и Ritchie, S.M.C. Удаление трихлорэтилена от воды ацетатом целлюлозы поддержали биметаллические nanoparticles Ni/Fe, Chemosphere 63 (2006) 285.
20. Xu, J., Dozier, A. и Bhattacharyya, D. Синтез частиц nanoscale биметаллических в матрице мембраны полиэлектролита для reductive преобразования галоидированных органических смесей, J. Nanopart. Res. 7 (2005) 449-467.
21. Xu, J. и Bhattacharyya, обездвиживание nanoparticle D. Fe/Pd в мембране microfiltration pores: Синтез, характеризация, и применение в дехлорировании polychlorinated бифенилов, Ind. ENG Chem. Res. 46 (2007) 2348-2359.
22. Dai, J. и Bruening, nanoparticles M.L. Каталитическ сформированные уменьшением Ионов металла в многослойных фильмах полиэлектролита, Nanoletters 2 (2002) 497 до 501.
23. Dotzauer, D.M., Dai, J., Солнце, L. и Bruening, мембраны M.L. Каталитическ подготовленные используя адсорбцию сло--слоя фильмов nanoparticle полиэлектролита/металла в пористых поддержках, Nano Lett. (2006) 2268-2272.
24. Wu, L.F., Shamsuzzoha, M. и Ritchie, S.M.C. Подготовка ацетата целлюлозы поддержала zero-valent nanoparticles утюга для дехлорирования трихлорэтилена в воде, J. Nanopart. Res. 7 (2005) 469-476.
25. Характеризация Karnik, B.S., Baumann, J.M., Masten, J.S. и Davies, H. AFM S. и SEM железной окалины покрыла керамические мембраны, J. Membr. Sci. 41 (2006) 6861-6870.
26. Karnik, B.S., Davies, H.S., Baumann, J.M. и Masten, S.J. Изготовление каталитических мембран для обработки питьевой воды используя совмещенные ozonation и ультрафильтрование, Environ. Sci. Technol. 39 (2005) 7656-7661.
27. Karnik, B.S., Davies, H.S., Baumann, J.M. и Masten, J.S. Влияния совмещенных ozonation и фильтрации на образовании субпродукта обеззараживанием, Воде Res. 39 (2005) 2839-2850.
28. Karnik, B.S., Davies, R.H.S., Chen, C.K., Jaglowski, R.D., Baumann, J.M. и Masten, S.J. Влияние ozonation на, котор проникли потоке мембран nanocrystalline керамических, Воде Res. 39 (2005) 728-734.
29. Schlichter, B., Mavrov, V. и H., Изучение Chmiel гибридного отростчатого совмещая ozonation и microfiltration/ультрафильтрование для продукции от поверхностной воды, Опреснения 168 (2004) 307-317 питьевой воды.
30. Ким, J., Davies, R.H.S., Baumann, J.M., Tarabara, V.V. и Masten, S.J. Влияние дозировки озона и гидродинамических условий на, котор проникли потоке в гибридной ozonation-керамической системе ультрафильтрования обрабатывая естественные воды, J. Membr. Sci. 311 (2008) 165-172.
31. Ким, J., Шань, Q.W., Davies, R.H.S., Baumann, J.M., Masten, J.S. и Tarabara, V.V. Взаимодействие Водяного NOM с Nanoscale TiO2: Прикосновенности для Процесса Керамической Фильтрации-Ozonation Мембраны Гибридного, Environ. Sci. Technol. 43 (2009) 5488-5494.

Авторское Право AZoNano.com, Профессор Volodymyr Tarabara (Университет Штата Мичиган)

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

Last Update: 14. June 2013 01:51

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