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由 Volodymyr V. Tarabara 教授
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23從1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。
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| 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。
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| 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
1. 李、 K.、陶瓷膜分隔的和回應。 2007年： J. 威里 & 兒子。
2. Fornasiero、 F.、公園、 H.G.， Holt、 J.K.， Stademann、 M.、 Grigoropoulos、 C.P.， Noy、 A. 和 Bakajin，由子 2 nm 碳 nanotube 毛孔， PNAS 105 (2008) 17250-17255 的 O. Ion 排除。
3. Hinds、 B.J.， Chopra、 N.、 Rantell、 T.、安德魯斯、 R.、 Gavalas、 V. 和 Bachas， L.G. Aligned multiwalled 碳 nanotube 膜，科學 303 (2004) 62-65。
4. Holt、 J.K.，公園、 H.G.， Wang、 Y.、 Stademann、 M.、 Artyukhin、 A.B.， Grigoropoulos、 C.P.， Noy、 A. 和 Bakajin， O. Fast 質量輸運通過子2 nnaometer 碳 nanotubes，科學 312 (2006) 1034-1037。
5. Velev、 O.D. 和 Lenhoff，作為模板的 A.M. Colloidal 水晶多孔材料的， Curr。 觀點膠態界面 Sci。 5 (2000) 56-63。
6. Ebert、 K.、 Fritsch、 D.、 Koll、 J. 和 Tjahjawiguna， C. 無機補白 Influence 在多孔聚合物擊實工作情況的根據膜， J. Membr。 Sci。 233 (2004) 71-78。
7. 李、 J.B.，朱、 J.W. 和鄭、多 (phthalazinone 以太砜酮) 矩陣超過濾膜 M.S. Morphologies 和屬性有被坑害的 TiO2 nanoparticles 的， J. Appl。 Polym。 Sci。 103 (2006) 3623-3629。
8. 楊、 Y.、張、 H.、 Wang、 P.、鄭、 Q. 和李， J。 納諾尺寸 TiO2 補白的影響對 PSF UF 膜， J. Membr 形態學和屬性。 Sci。 288 (2007) 231-238。
9. 周、 W.L.， Yu、 D.G. 和楊， M.C。 銀裝載乙酸纖維素的準備和描述特性挖空水處理的， Polym 纖維膜。 副詞。 Technol。 16 (2005) 600 - 607。
10. 兒子、 W.K.， Youk、 J.H.，李、 T.S. 和公園， W.H. 抗菌極其細小的乙酸纖維素纖維 Preparation 與銀色 nanoparticles 的， Macromol。 迅速 Commun。 25 (2004) 1632-1637。
11. Taurozzi、 J.S.， Arul、 H.、 Bosak、捲 Z.， Burban、 A.F.，語音、 T.C.， Bruening、 M.L. 和 Tarabara， V.V. 補白並網途徑 Effect 對聚砜銀不同的多孔性的 nanocomposite 膜屬性， J. Membr。 Sci。 325 (2008) 58-68。
12. Wara、 N.M.，弗朗西斯、 L.F. 和 Velamakanni， B.V. 氧化鋁 Addition 對乙酸纖維素膜的， J. Membr。 Sci。 104 (1995) 43-49。
13. 嚴、 L.、李、 Y.S.， Xiang、 C.B. 和 Xianda， S. 納諾尺寸 Al2O3 微粒添加 Effect 對 PVDF 超過濾膜性能， J. Membr。 Sci。 276 (2006) 162-167。
14. Aerts、 P.、 Genne、 I.、 Kuypers、 S.、 Leysen、 R.、 Vankelecom、 I.F.J. 和 Jacobs， P.A. 聚砜aerosil 綜合膜： 第2.部分。 aerosil 的添加的影響對皮膚特性和膜屬性， J. Membr。 Sci。 178 (2000) 1-11。
15. Aerts、 P.、範 Hoof， E.、 Leysen、 R.、 Vankelecom、 I.F.J. 和 Jacobs， P.A. 聚砜aerosil 綜合膜： 第1.部分。 Aerosil 的添加的影響對形成進程和膜形態學， J. Membr。 Sci。 176 (2000) 63-73。
16. Nunes、 S.P.， Peinemann、 K.V.， Ohlrogge、 K.、 Alpers、 A.、 Keller、 M. 和 Pires， A.T.N. 多 (以太硫亞氨) 和 nanodispersed 硅土， J. Membr Membranes。 Sci。 157 (1999) 219-226。
17. Jeong、 B.H.、 Hoek、 E.M.V.，嚴、 Y.、黃、 X.、 Subramani、 A.、 Hurwitz、 G.、 Ghosh、 A.K. 和 Jawor，薄膜 nanocomposites A. Interfacial 聚化： 逆滲透作用膜的一個新概念， J. Membr。 Sci。 294 (2007) 1-7。
18. 邁爾、 D.E.，木頭、 K.、 Bachas、 L.G. 和 Bhattacharyya， D. 氯化的有機物 Degradation 由膜被固定的 nanosized 金屬的，包圍。 Prog。 23 (2004) 232-242。
19. 吳、 L. 和 Ritchie， S.M.C. 三氯乙烯 Removal 從水由乙酸纖維素支持複本位制的 Ni/Fe nanoparticles， Chemosphere 63 (2006) 285。
20. Xu， J.，更加想睡， A. 和 Bhattacharyya， D. nanoscale 複本位制的微粒 Synthesis 在高分子電解質膜矩陣的被鹵化的有機化合物的與減少有關的轉換的， J. Nanopart。 Res. 7 (2005) 449-467。
21. Xu、 J. 和 Bhattacharyya， D. Fe/Pd 在微細過濾膜的納米顆粒鉗製熟讀： 綜合、描述特性和應用在多氯化聯苯的除氯， Ind。 Eng. Chem。 Res. 46 (2007) 2348-2359。
22. 戴、 J. 和 Bruening，金屬離子的減少形成的 M.L. Catalytic nanoparticles 對多層的高分子電解質影片， Nanoletters 2 (2002) 497 - 501。
23. Dotzauer、 D.M.，戴、 J.、太陽、 L. 和 Bruening，使用高分子電解質/金屬在多孔技術支持，納諾 Lett 的納米顆粒影片的層由層吸附準備的 M.L. Catalytic 膜。 (2006) 2268-2272。
24. 吳、 L.F.、 Shamsuzzoha、 M. 和 Ritchie， S.M.C。 乙酸纖維素的準備在水， J. Nanopart 中支持三氯乙烯的除氯的 zero-valent 鐵 nanoparticles。 Res. 7 (2005) 469-476。
25. 鐵氧化層陶瓷膜的 Karnik、 B.S.， Baumann、 M.J.， Masten、 S.J. 和戴維斯、 S.H. AFM 和 SEM 描述特性， J. Membr。 Sci。 41 (2006) 6861-6870。
26. Karnik、 B.S.，戴維斯、 S.H.， Baumann、 M.J. 和 Masten， S.J. Fabrication 飲用水的處理的催化作用的膜使用聯合的 ozonation 和超過濾的，包圍。 Sci。 Technol。 39 (2005) 7656-7661。
27. Karnik、 B.S.，戴維斯、 S.H.， Baumann、 M.J. 和 Masten， S.J。 聯合的 ozonation 和濾清的作用對消毒作用副產品形成，水 Res。 39 (2005) 2839-2850。
28. Karnik、 B.S.，戴維斯、 S.H.R.，陳、 K.C.， Jaglowski、 D.R.， Baumann、 M.J. 和 Masten， S.J. ozonation Effects 對 nanocrystalline 陶瓷膜滲入漲潮，水 Res。 39 (2005) 728-734。
29. Schlichter、 B.、 Mavrov、 V. 和 H.、一雜種處理結合的 ozonation 的 Chmiel 研究和微細過濾/超過濾飲用水生產的從水面，除礦物 168 (2004) 307-317。
30. 金、 J.、戴維斯、 S.H.R.， Baumann、 M.J.， Tarabara、 V.V. 和 Masten， S.J. 臭氧劑量和水力情況 Effect 對在對待自然水， J. Membr 的一個雜種 ozonation 陶瓷超過濾系統的滲入漲潮。 Sci。 311 (2008) 165-172。
31. 金、 J.、撣人、 W.Q.，戴維斯、 S.H.R.， Baumann、 M.J.， Masten、 S.J. 和 Tarabara， V.V. 含水 NOM Interactions 與 Nanoscale TiO2 的： 陶瓷膜濾清Ozonation 雜種進程的涵義，包圍。 Sci。 Technol。 43 (2009) 5488-5494。
版權 AZoNano.com， Volodymyr Tarabara (密西根州立大學) 教授