Nanotechnology och Bevattnar Purification

vid Prof. Volodymyr V. Tarabara

Professor Volodymyr V. Tarabara, Främsta Utredare, Miljö- NanotechnologyForskningGrupp: Membran Partocles, Har Kontakt, Avdelningen av Borgerligt och Miljö- Iscensätta, MichiganUniversitetar
Motsvarande författare: tarabara@msu.edu

De sist två årtiondena har sett att denbaserade etablerade, som en familj av i huvudsak accepterade teknologier, som kompletterar och, byter ut traditionellt ofta bevattnar behandlingenheten för avskiljandet bearbetar liksom grynig massmediafiltration, kemisk nederbörd och uppmjukning. Membran bearbetar liksom microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, och omvänd osmosis, kan vara van vid tar bort ett olikt spänner av föroreningar från en variation av källan bevattnar. Som av 2008, är membranbranschen i U.S. bara $2,9 miljard och att växa.

Reklamfilmframgången av membranteknologier blir jordnind i den fortlöpande innovationen i områdena av membranmaterial och bearbetar. Nya utvecklingar i materialvetenskapen av membran har tankats i stor del av framflyttningar i nanotechnology. Membran med förbättrat genomtränglighet, selectivity och motstånd till att trassla till har framkallats genom att använda nyligen tillgängliga nanomaterials.

Funktionella nanomaterials har varit det van vid synergistically sammanslutningavskiljandet, och extra fungerar och förbereder effektivare membran med ett mindre miljö- fotspår. Exempel av nanomaterial-möjliggjorde membran inkluderar:

i) membran som är förberedda från nanomaterials (e.g., keramiska membran, som har varit traditionellt förberedda från oorganiska material liksom TiO, ZrO2, AlO2,2 Etc.3 men1 också romanen, klassificerar av membran som är förberedda från kolnanomaterials liksom kolnanotubes);2-4
) membran som ii är förberedda av nanomaterial som templating5;
) nanocompositemembran för polymer iii (e.g., genom att använda TiO, 26-8Ag0-, 9-11AlO-, 2312,13och SiO, 214-16NaA zeolite som17 oorganiska utfyllnadsgods);
membranreaktorer för iv) med funktionella nanoparticles (e.g., Fe/Ni, 18-20Fe/Pd, 20,21Ag0, 22guld- som23är zero-valent stryker).24

Vår NSF-sponsrade forskning projekterar ”Partnerskap för LandskampForskning och Utbildning: Syntetmaterialmembran för Ny utveckling - Nanotechnology för dricksvattensäkerhet” är ett exempel av ett stort tvärvetenskapligt av försök fokuserat på utvecklingen av det nya nanotechnology-möjliggjorde membranet bearbetar och teknologier. Partnerskap är på designen av nanostructured membran och tilltalar grundnanomaterialskemi och materialvetenskap som applicerat för att bevattna kvalitets- teknologier. Projektera är ett gemensamt försök mellan ett nummer av forskninggrupper i Förenta staterna och utomlands. Ett exempel PIRE projekterar är vår nya studie på designen av biofouling av resistent försilvra-polysulfonen kompositmembran. I detta arbete synthesized nanocompositemembranen, genom att inkorporera, försilvrar nanoparticles in i polymermatrisen av ett membran.

Hämning av biofilmtillväxt på ytbehandla av Ag nanoparticle-fyllde membran

Partiklarna var endera den synthesized före detta-situ, och därefter tillfogat till rollbesättninglösningen som organosol eller producerat i rollbesättninglösningen via i-situ förminskning av ionic försilvra vid polymervätskan. Vi har visat att den antibacterial kapaciteten den gradvisa frigöraren av ionic försilvrar tack vare som vid de förberedda nanocompositesna kan vara effektiv i förminskande intrapore som biofouling i nanocompositemembran av en lång räcka av porositetar. Sådan nanocomposites kunde också användas som material för att macroporous membranavståndsmätare ska förhindra biofilmtillväxten på membranet ytbehandlar downstream11.

Att använda för Rollbesättningnanocompositemembran kontrollerade den temperatur-/fuktighetskammaren. Från från vänster till höger: Julian Taurozzi (nu på NIST), Volodymyr Tarabara, Alex Wang (nu med Pentair, Inc.), Adam Rogensues (nu med Severn Trent)

Ett Annat exempel av, hur den funktionella nanoparticlen kan vara van vid, förbättrar membrankapacitet är den hybrid- hybrid- ozonation-ultrafiltrationen bearbetar. Detta processaa är på fokusera av denbetalade forskningen projekterar på MichiganUniversitetar. Kombinationen av nanoparticle-baserade funktionsdugligheter med membranavskiljande i en hybrid- enhet förbättrar den processaa effektiviteten för overallen och tar bort överdrivet överflöd25-31.

I det hybrid- systemet är ozonationen effektiv, i att mildra membranet som tack vare trasslar till oxidationen av foulants vid ozon- och/eller hydroxylradikaler. Genom att introducera nanoparticles liksom FeO23 och MnO2 på membranet, ytbehandla, kan effektiviteten av det hybrid- processaa markant förhöjas tack vare både det katalytiskt verkställer av nanoparticlesna, och mer riktad oxidation av NOMEN portionr som koncentreras på, eller nära membranet ytbehandla att bidra till att trassla till för membran.

En unik aspekt av detta hybrid- processaa är, att verkställa av den katalytiska ozonationen på membranet ytbehandlar tack vare, ytbehandla återstår förhållandevis foulant-fri; därför i frånvaroen av det trassla till lagrar, återstår foulant-membran växelverkan viktiga för fördjupade perioder av membranfunktionen. Detta i sin tur, förhöjningar relevansen av membranet ytbehandlar att iscensätta för mer långtidsmembranfunktion.


Hänvisar till

1. Li, K., Keramiska Membran för Avskiljande och Reaktion. 2007: J. Wiley & Sons.
2. Fornasiero F., Parkerar, H.G., Holt, J.K., Stademann, M., Grigoropoulos, C.P., Noy, A. och Bakajin, det O. Jon uteslutandet vid por för sub--2-nmkolnanotube, PNAS 105 (2008) 17250-17255.
3. Hinds, B.J., Chopra, N., Rantell, T., Andrews, R., Gavalas, V. och Bachas, membran för L.G. Arrangera i rak linje multiwalled kolnanotube, Vetenskap 303 (2004) 62-65.
4. Holt J.K., Parkerar, H.G., Wang, Y., Stademann, M., Artyukhin, A.B., Grigoropoulos, C.P., Noy, A., och Bakajin, O. Fasta samlas transport till och med sub--2-nnaometerkolnanotubes, Vetenskap 312 (2006) 1034-1037.
5. Velev, O.D. och Lenhoff, A M. Colloidal kristaller som mallar för porösa material, Curr. ÅsiktColloiden Har Kontakt Sci. 5 (2000) 56-63.
6. Ebert, K., Fritsch, D., Koll, J. och Tjahjawiguna, C. Påverkan av oorganiska utfyllnadsgods på compactionuppförandet av den porösa polymern baserade membran, J. Membr. Sci. 233 (2004) 71-78.
7. Li, J.B., Zhu, J.W. och Zheng, M.S. Morfologi och rekvisita av poly membran för ultrafiltration för matris (för ketonen för phthalazinoneetersulfone) med snärjde TiO2 nanoparticles, J. Appl. Polym. Sci. 103 (2006) 3623-3629.
8. Yang, Y., Zhang, H., Wang, P., Zheng, Q. och Li, J. Påverkan av nano-storleksanpassade utfyllnadsgods TiO2 på morfologierna och rekvisitan av membranet för PSF UF, J. Membr. Sci. 288 (2007) 231-238.
9. Chou, W.L., Yu, D.G. och Yang, M.C. Förberedelsen och karakteriseringen av detladda ihåliga fibermembranet för cellulosaacetat för bevattnar behandling, Polym. Adv. Technol. 16 (2005) 600 - 607.
10. Sonen W.K., Youk, J.H., Lee, T.S. och Parkerar, W.H. Förberedelse av antimicrobial ultrafine cellulosaacetatfibrer med försilvrar nanoparticles, Macromol. For Commun. 25 (2004) 1632-1637.
11. Taurozzi J.S., Arul, H., Bosak, V.Z., Burban, A.F., Uttrycker, T.C., Bruening, M.L., och Tarabara, V.V. Verkställa av utfyllnadsgodsinkorporeringrutten på rekvisitan av polysulfone-försilvrar nanocompositemembran av olika porositetar, J. Membr. Sci. 325 (2008) 58-68.
12. Wara, N.M., Francis, L.F. och Velamakanni, B.V. Tillägg av alumina till cellulosaacetatmembran, J. Membr. Sci. 104 (1995) 43-49.
13. Yan, L., Li, Y.S., Xiang, C.B. och Xianda, S. Verkställa av detstorleksanpassade Al2O3--particletillägget på kapacitet för PVDF-ultrafiltrationmembran, J. Membr. Sci. 276 (2006) 162-167.
14. Aerts, P., Genne, I., Kuypers, S., Leysen, R., Vankelecom, I.F.J. och Jacobs, P.A. Polysulfone-aerosil sammansatt membran: Del 2. Påverkan av tillägget av aerosilen på flåkännetecknen och membranrekvisitan, J. Membr. Sci. 178 (2000) 1-11.
15. Aerts, P., Skåpbil Traska, E., Leysen, R., Vankelecom, I.F.J. och Jacobs, P.A. Polysulfone-aerosil sammansatt membran: Del 1. Påverkan av tillägget av Aerosil på det processaa bildandet och membranmorfologi, J. Membr. Sci. 176 (2000) 63-73.
16. Nunes, S.P., Peinemann, K.V., Ohlrogge, K., Alpers, A., Keller, M. och Pires, A.T.N. Membran av den poly (eterimide) och nanodispersed silicaen, J. Membr. Sci. 157 (1999) 219-226.
17. Jeong, B.H., Hoek, E.M.V., Yan, Y., Huang, X., Subramani, A., Hurwitz, G., Ghosh, A.K. och Jawor, A. Mellan två ytor polymerisation av tunt filmar nanocomposites: Ett nytt begrepp för omvända osmosismembran, J. Membr. Sci. 294 (2007) 1-7.
18. Meyer, D.E., Trä, K., Bachas, L.G. och Bhattacharyya, D. Degradering av chlorinated organics, vid membran-immobilized nanosized, belägger med metall, Environ. Prog. 23 (2004) 232-242.
19. Wu, L. och Ritchie, S.M.C. Borttagning av trichloroethylene från bevattnar vid cellulosaacetat stöttade bimetallic Ni-/Fenanoparticles, Chemosphere 63 (2006) 285.
20. Xu, J., Mer Dozier, A. och Bhattacharyya, D. Syntes av bimetallic partiklar för nanoscale i polyelectrolytemembranmatrisen för reductive omformning av halogenated organiska sammansättningar, J. Nanopart. Res. 7 (2005) 449-467.
21. Xu, J. och Bhattacharyya, D. Fe/Pd nanoparticleimmobilization i microfiltrationmembranpor: Syntes, karakterisering och applikation i dechlorinationen av polychlorinated biphenyls, Ind. Engelskt. Chem. Res. 46 (2007) 2348-2359.
22. Dai, J. och Bruening, M.L. Katalytisk som nanoparticles som bildas av förminskning av, belägger med metall Joner i multilayered polyelectrolyte, filmar, Nanoletters 2 (2002) 497 - 501.
23. Dotzauer, D.M., Dai, J., Sun, L. och Bruening, förberedd användande lagrar-vid-lagrar för M.L. Katalytisk membran adsorption av polyelectrolyten/belägger med metall nanoparticlen filmar i porös service, Nano Lett. (2006) 2268-2272.
24. Wu, L.F., Shamsuzzoha, M. och Ritchie, S.M.C. Förberedelsen av cellulosaacetat stöttade zero-valent stryker nanoparticles för dechlorinationen av trichloroethylene bevattnar in, J. Nanopart. Res. 7 (2005) 469-476.
25. Karnik, B.S., Baumann, M.J., Masten, S.J. och Davies, S.H. AFM och SEM 2000karakteriseringen av stryker oxiden täckte keramiska membran, J. Membr. Sci. 41 (2006) 6861-6870.
26. Karnik, B.S., Davies, S.H., Baumann, M.J. och Masten, S.J. Fabricering av katalytiska membran för behandlingen av dricksvatten genom att använda kombinerad ozonation och ultrafiltration, Environ. Sci. Technol. 39 (2005) 7656-7661.
27. Karnik, B.S., Davies, S.H., Baumann, M.J. och Masten, S.J. Verkställer av kombinerad ozonation, och filtration på desinficeringbiproduktbildande, Bevattnar Res. 39 (2005) 2839-2850.
28. Karnik, B.S., Davies, S.H.R., Chen, K.C., Jaglowski, D.R., Baumann, M.J. och Masten, S.J. Verkställa av ozonationen på genomsyrafluxen av keramiska membran för nanocrystallinen, Bevattnar Res. 39 (2005) 728-734.
29. Schlichter, B., Mavrov, V. och H., den Chmiel Studien av en hybrid- processaa kombinerande ozonation och microfiltration/ultrafiltration för dricksvattenproduktion från ytbehandlar bevattnar, Desalination 168 (2004) 307-317.
30. Kim, J., Davies, S.H.R., Baumann, M.J., Tarabara, V.V. och Masten, S.J. Verkställa av ozondosering och hydrodynamic villkorar på genomsyrafluxen i hybrid- ozonation-keramisk en naturlig ultrafiltrationsystembehandling bevattnar, J. Membr. Sci. 311 (2008) 165-172.
31. Kim, J., Shan, W.Q., Davies, S.H.R., Baumann, M.J., Masten, S.J. och Tarabara, V.V. Växelverkan av Aqueous NOM med Nanoscale TiO2: Implikationer för Hybrid- Processaa för Keramisk MembranFiltration-Ozonation, Environ. Sci. Technol. 43 (2009) 5488-5494.

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Volodymyr Tarabara (MichiganUniversitetar)

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

Last Update: 14. June 2013 01:59

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