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納米技術和水淨化

由 Volodymyr V. Tarabara 教授

Volodymyr V. Tarabara,主要調查人,環境納米技術研究小組教授: 膜, Partocles,界面民用和環境工程密西根州立大學的部門
對應的作者: tarabara@msu.edu

最後二十年看到了作為補充和經常替換傳統水處理單元操作例如粒狀媒體濾清,化工降雨雪和變柔和寬廣地被接受的技術的系列被設立的基於膜的分隔。 膜進程例如微細過濾,超過濾, nanofiltration 和逆滲透作用,可以用於從各種各樣的來源水取消各種各樣的汙染物。 在 2008年,膜行業在單獨美國是 $2.9 十億和生長。

膜技術的商業成功在持續創新在膜材料和進程範圍被接地。 新發展在膜材料學在大部分加劇了由在納米技術上的進步。 使用最近可用的 nanomaterials,有被改進的滲透性、選擇性和阻力的膜對弄髒被發展了。

功能 nanomaterials 用於協同作用地結合分隔和另外的功能和準備更加高效的膜與一個更小的環境腳印。 nanomaterial 被啟用的膜的示例包括:

i) 從 nanomaterials 準備的膜 (即,從無機材料傳統上準備例如 TiO、 ZrO、 AlO2、等等2,而且231碳 nanomaterials 準備的膜新穎的選件類例如碳 nanotubes) 的陶瓷膜;2-4
ii) nanomaterial 準備的膜 templating5;
iii) 聚合物 nanocomposite 膜 (即,使用作為無機26-8補白的 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 鐵23) 膜反應器。24

我們的國際研究和教育的 NSF 被贊助的研究計劃 「合夥企業: 新一代綜合膜 - 飲用水安全性的納米技術」是示例的於新的納米技術被啟用的膜進程和技術的發展集中的一大學科工作成績。 合夥企業在 nanostructured 膜設計并且解決根本 nanomaterials 化學和材料學應用於水質技術。 這個項目是在海外很多個研究小組之間的共同努力在美國和。 示例 PIRE 項目是我們的關於 biofouling 抗性銀聚砜綜合膜設計的最近研究。 在此工作, nanocomposite 膜通過合併銀色 nanoparticles 綜合到膜的聚合物矩陣。

生物薄膜增長的禁止在 Ag 納米顆粒充滿的膜表面的

微粒是被綜合的前situ 然後添加到鑄件解決方法作為有機溶膠或生產在鑄件解決方法通過離子銀的原地減少由聚合物溶劑。 我們向顯示這個抗菌能力由於離子銀逐漸版本由準備的 nanocomposites 可以是有效的在減少 biofouling 在各種各樣的多孔性的 nanocomposite 膜的 intrapore。 這樣 nanocomposites 能也使用像材料為了大孔的膜間隔號能禁止在順流膜表面的生物薄膜增長11

鑄件使用受控溫度/濕氣房間的 nanocomposite 膜。 從左到右: 朱利安 Taurozzi (現在 NIST), Volodymyr Tarabara,亞歷克斯 Wang (現在與 Pentair, Inc.),亞當 Rogensues (現在與 Severn Trent)

另一個示例的功能納米顆粒如何可以用於改進膜性能是雜種 ozonation 超過濾雜種進程。 此進程在 NSF 研究計劃的焦點在密西根州立大學。 基於納米顆粒的功能的組合與在一個雜種部件的膜分離改進整體處理效率并且取消額外的冗餘25-31

在混合系統, ozonation 是有效的在緩和膜弄髒由於 foulants 的氧化作用由臭氧和羥基。 通過引入 nanoparticles 例如 FeO23 和 MnO2 在膜表面,這個雜種進程的效率可以顯著改進的歸結於 nanoparticles 的催化作用的作用和在或者靠近膜表面造成集中膜弄髒 NOM 部分的被瞄準的氧化作用。

此雜種進程的一個特徵是那由於催化作用的 ozonation 的作用在膜表面,表面保持相對地 foulant 自由; 因此,在沒有這塊弄髒的層時, foulant 膜交往依然是重要對膜運算的延長期限。 這,反過來,為更加長期的膜運算增加膜表面工程相關性。


參考

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版權 AZoNano.com, Volodymyr Tarabara (密西根州立大學) 教授

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

Last Update: 14. June 2013 01:12

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