纳米技术和水净化

由 Volodymyr V. Tarabara 教授

Volodymyr V. Tarabara,主要调查人,环境纳米技术研究小组教授: 膜, Partocles,界面民用和环境工程密西根州立大学的部门
对应的作者: tarabara@msu.edu

最后二十年看到了作为补充和经常替换传统水处理单元操作例如粒状媒体滤清,化工降雨雪和变柔和宽广地被接受的技术的系列被设立的基于膜的分隔。 膜进程例如微细过滤,超过滤, nanofiltration 和逆渗透作用,可以用于从各种各样的来源水取消各种各样的污染物。 在 2008年,膜行业在单独美国是 $2.9 十亿和生长。

膜技术的商业成功在持续创新在膜材料和进程范围被接地。 新发展在膜材料学在大部分加剧了由在纳米技术上的进步。 使用最近可用的 nanomaterials,有被改进的渗透性、选择性和阻力的膜对弄脏被发展了。

功能 nanomaterials 用于协同作用地结合分隔和另外的功能和准备更加高效的膜与一个更小的环境脚印。 nanomaterial 被启用的膜的示例包括:

i) 从 nanomaterials 准备的膜 (即,从无机材料传统上准备例如 TiO、 ZrO、 AlO2、等等2,而且231碳 nanomaterials 准备的膜新颖的选件类例如碳 nanotubes) 的陶瓷膜;2-4
ii) nanomaterial 准备的膜 templating5;
iii) 聚合物 nanocomposite 膜 (即,使用作为无机26-8补白的 TiO9-11、 Ag02312,13、 AlO214-16和 SiO,17 NaA 泡沸石);
iv) 有功能 nanoparticles 的 (即, Fe/Ni、 Fe/Pd,18-20Ag0,20,21金子,22zero-valent 铁23) 膜反应器。24

我们的国际研究和教育的 NSF 被赞助的研究计划 “合伙企业: 新一代综合膜 - 饮用水安全性的纳米技术”是示例的于新的纳米技术被启用的膜进程和技术的发展集中的一大学科工作成绩。 合伙企业在 nanostructured 膜设计并且解决根本 nanomaterials 化学和材料学应用于水质技术。 这个项目是在海外很多个研究小组之间的共同努力在美国和。 示例 PIRE 项目是我们的关于 biofouling 抗性银聚砜综合膜设计的最近研究。 在此工作, nanocomposite 膜通过合并银色 nanoparticles 综合到膜的聚合物矩阵。

生物薄膜增长的禁止在 Ag 纳米颗粒充满的膜表面的

微粒是被综合的前situ 然后添加到铸件解决方法作为有机溶胶或生产在铸件解决方法通过离子银的原地减少由聚合物溶剂。 我们向显示这个抗菌能力由于离子银逐渐版本由准备的 nanocomposites 可以是有效的在减少 biofouling 在各种各样的多孔性的 nanocomposite 膜的 intrapore。 这样 nanocomposites 能也使用象材料为了大孔的膜间隔号能禁止在顺流膜表面的生物薄膜增长11

铸件使用受控温度/湿气房间的 nanocomposite 膜。 从左到右: 朱利安 Taurozzi (现在 NIST), Volodymyr Tarabara,亚历克斯 Wang (现在与 Pentair, Inc.),亚当 Rogensues (现在与 Severn Trent)

另一个示例的功能纳米颗粒如何可以用于改进膜性能是杂种 ozonation 超过滤杂种进程。 此进程在 NSF 研究计划的焦点在密西根州立大学。 基于纳米颗粒的功能的组合与在一个杂种部件的膜分离改进整体处理效率并且取消额外的冗余25-31

在混合系统, ozonation 是有效的在缓和膜弄脏由于 foulants 的氧化作用由臭氧和羟基。 通过引入 nanoparticles 例如 FeO23 和 MnO2 在膜表面,这个杂种进程的效率可以显著改进的归结于 nanoparticles 的催化作用的作用和在或者靠近膜表面造成集中膜弄脏 NOM 部分的被瞄准的氧化作用。

此杂种进程的一个特征是那由于催化作用的 ozonation 的作用在膜表面,表面保持相对地 foulant 自由; 因此,在没有这块弄脏的层时, foulant 膜交往依然是重要对膜运算的延长期限。 这,反过来,为更加长期的膜运算增加膜表面工程相关性。


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版权 AZoNano.com, Volodymyr Tarabara (密西根州立大学) 教授

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

Last Update: 14. June 2013 01:08

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