Kemm huma qawwija l-membrani tan-nanofiltrazzjoni għat-tneħħija tal-metall tqil?

It-trattament tal-ilma ikkontaminat bil-metall tqil huwa suġġett jaħraq fil-qasam ambjentali. Reviżjoni riċenti tiġbor fil-qosor sistematikament il-progress tar-riċerka tal-membrani tan-nanofiltrazzjoni fit-tneħħija ta 'jonji tal-metall tqil, u tiżvela li permezz ta' innovazzjoni materjali u ottimizzazzjoni tal-proċess, il-fluss tal-ilma tal-membrana tan-nanofiltrazzjoni jista 'jiżdied b'aktar minn 3 darbiet, u r-rata ta' tneħħija ta 'jonji varji tal-metall tqil bħal Cu²⁺, Pb²⁺, u Cd²⁺, u Cd²⁺ tista' tilħaq soluzzjoni effiċjenti għal trattament effiċjenti u sostenibbli.

Il-kriżi globali tan-nuqqas ta’ ilma ħelu thedded il-ħajja ta’ aktar minn 1.8 biljun ruħ. Hemm żewġ raġunijiet ewlenin għal din il-predikament: l-ewwel, l-ilma baħar jirrappreżenta l-maġġoranza l-kbira tar-riżorsi tal-ilma globali, filwaqt li l-ammont ta 'ilma ħelu li jista' jintuża huwa limitat; it-tieni, l-iskariku tad-drenaġġ iwassal għal tniġġis tal-ilma ħelu dejjem aktar serju. Għalkemm it-teknoloġija tad-desalinizzazzjoni tal-ilma baħar għamlet progress sinifikanti f'dawn l-aħħar snin, jonji eċċessivi tal-metall tqil (bħal Zn²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Hg²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺, Cr⁶⁺, eċċ.) Fl-ilma tad-drenaġġ jistgħu jikkontaminaw l-ilma desalinizzat, u saħansitra jikkawża l-akkumulazzjoni u l-mewt tal-bniedem minħabba t-tossiċità tagħhom.

Għalhekk, l-iżvilupp ta 'teknoloġiji għat-tneħħija b'mod effiċjenti ta' traċċi ta 'metalli tqal tossiċi mill-ilma mniġġes huwa partikolarment importanti, peress li dan jista' fl-istess ħin jilħaq żewġ għanijiet: il-kisba ta 'aktar ilma ħelu u l-irkupru ta' riżorsi ta 'valur.

Il-membrani tan-nanofiltrazzjoni għandhom daqsijiet tal-pori bejn 0.5-2 nm, li jaqgħu bejn membrani ta 'ultrafiltrazzjoni (10-100 nm, fluss għoli iżda rifjut baxx) u membrani reverse osmosis (rifjut għoli iżda fluss baxx, konsum għoli ta' enerġija). Il-membrani tan-nanofiltrazzjoni jistgħu effettivament iżommu jonji tal-metall tqil filwaqt li jipprovdu kanali tat-trasport għall-molekuli tal-ilma permezz tan-nanopori, u jagħmluhom teknoloġija avvanzata għat-trattament tal-ilma tad-drenaġġ ikkontaminat bil-metall tqil.

Mekkaniżmi ta' Separazzjoni:

Screening tad-Daqs: Ibbażat fuq id-differenza fir-raġġ bejn il-materjali miżmuma u permeated. Id-daqsijiet tal-pori tal-membrana tan-nanofiltrazzjoni huma akbar mid-dijametru tal-molekuli tal-ilma (0.4 nm), iżda komparabbli mad-dijametru tal-joni tal-metall tqil idrati, li jippermetti separazzjoni effettiva billi jiġi aġġustat id-daqs tal-pori.

Donnan Repulsion: Ibbażat fuq ir-repulsjoni elettrostatika bejn il-joni u l-wiċċ tal-membrana ċċarġjata. Il-joni tal-metall tqil huma tipikament iċċarġjati b'mod pożittiv, għalhekk wiċċ tal-membrana ċċarġjat b'mod pożittiv huwa aktar li jwassal biex iżomm jonji li jniġġsu.

Barra minn hekk, il-pH tas-soluzzjoni ta 'l-għalf taffettwa b'mod sinifikanti l-prestazzjoni tal-membrana: minn naħa waħda, tbiddel il-ħlas tal-wiċċ u l-grad ta' cross-linking tan-netwerk tal-polimer, u b'hekk jaffettwa r-rata ta 'rifjut u l-permeabilità; min-naħa l-oħra, taffettwa l-istat tal-joni tal-metall.

Membrani Organiċi

Membrani organiċi huma tipikament ippreparati bl-użu ta 'materjali polimeru, bħal polysulfone, aċetat taċ-ċelluloża, fluworidu tal-poliviniliden, polyethersulfone, polydimethylsiloxane, polyethylene, polycarbonate, u polyimide. Fost dawn, il-poliamide huwa l-aktar materjal użat fil-preparazzjoni tal-membrana tan-nanofiltrazzjoni, li juri prestazzjoni eċċellenti fid-desalinizzazzjoni tal-ilma baħar.

Membrani inorganiċi

Il-membrani inorganiċi għandhom stabbiltà kimika u termali eċċellenti u jistgħu jiffurmaw struttura uniformi tal-pori. Materjali taċ-ċeramika, ħġieġ, metalli, żeoliti, silika, ligi tal-palladju, u materjali bi-dimensjonali ġew użati fil-preparazzjoni ta 'membrani inorganiċi. Il-membrani taċ-ċeramika huma magħmula minn ossidi tal-metall u d-derivattivi tagħhom, bħal TiO₂, SiO₂, ZrO₂, u Al₂O₃.

Membrani tal-Matriċi Ibridi
Il-membrani tal-matriċi ibridi jgħaqqdu l-proċessabbiltà tas-soluzzjoni tal-polimeri mal-permeabilità eċċellenti tal-addittivi tan-nanofiller, bil-għan li fl-istess ħin itejbu l-permeabilità u s-selettività. L-addittivi komunement użati jinkludu:

• MOFs: Meta l-MOF NH₂-MIL-125(Ti) jiġi inkorporat f'0.010 wt%, il-permeabilità tal-ilma tilħaq 12.2 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹, u r-rata ta 'rifjut ta' Ni²⁺ hija 90.9%.
• COFs: Wara l-inkorporazzjoni ta 'hydrophilic triazine-COFs, il-fluss tal-ilma jilħaq 15 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹, u r-rati ta' rifjut ta 'Zn²⁺ u Pb²⁺ huma 93.8% u 92.4%, rispettivament.
• GO (materjal żewġ-dimensjonali): Wara l-inkorporazzjoni ta 'chitosan f'GO, il-fluss tal-ilma jilħaq 55 L·m⁻²·h⁻¹, u r-rata ta' rifjut Mn²⁺ hija 85%.
• Nanopartiċelli ZnO: Ittejjeb l-idrofiliċità tal-membrana, tnaqqas il-ħruxija tal-wiċċ, u ttejjeb il-proprjetajiet antifouling.

Metodu ta' Inverżjoni tal-Fażi

Dan il-metodu, introdott għall-ewwel darba fit-teknoloġija tal-membrana minn Loeb u Sourajan fl-1960, jippermetti l-fabbrikazzjoni ta'-pass wieħed tas-saffi selettivi u ta' appoġġ. Il-mikrostruttura tal-membrana tista 'tiġi kkontrollata billi taġġusta l-konċentrazzjoni tal-polimeru, is-solvent u t-tip tal-banju tal-koagulazzjoni, l-addittivi u l-kundizzjonijiet ambjentali. Per eżempju:

• cGO-membrana PPSU drogata: Il-permeabilità ta' l-ilma żdiedet minn 2.1 għal 3.5 L·m⁻²·h⁻¹, b'rati ta' rifjut ta' 99%, 98%, 82%, 82%, u 87% għal H₂AsO₄, HCrO₄²⁻,₄²⁻,₄²⁺,₄²⁻, 98%, 82%, 82%, u 87% Zn²⁺, rispettivament.
• CS-EDTA-mGO/PES membrana (kamp manjetiku assistit): Il-fluss tal-ilma laħaq 84.2. L·m⁻²·h⁻¹, Pb²⁺ rata ta' rifjut 98.2%, Cd²⁺ rata ta' rifjut 93.6%
• B-Membrana tan-nanopartiċelli/PES Cur: Rati ta' rifjut li jaqbżu d-99% għal Fe²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, u Ni²⁺

Metodu ta 'polimerizzazzjoni interfaċjali

Il-polimerizzazzjoni interfaċjali hija waħda mit-tekniki tal-preparazzjoni tal-membrana tan-nanofiltrazzjoni l-aktar użati. Tinvolvi tgħaddas tal-membrana tas-sottostrat f'soluzzjoni milwiema li fiha monomeri tal-amini, segwita billi tikkuntattjaha ma 'soluzzjoni organika li fiha monomeri tal-klorur tal-aċil, li tifforma saff ta' poliamide ultrarqiq fl-interface. Monomeri użati komunement huma piperazine u trimesoyl chloride.

• Membrani COF nanopartiċelli -poliamide drogati: Il-permeabilità tal-ilma żdiedet b'67% (għal 10.8 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹), b'rati ta' rifjut ta' Cu²⁺, Mn²⁺, u Pb²⁺ ta' 98.3%, 98.1%, u 99.4%, rispettivament.
• Parteċipazzjoni tal-comonomer BHDA fil-polimerizzazzjoni interfacial: Il-fluss tal-ilma żdied b'2.4 darbiet (għal 12.9 L·m⁻²·h⁻¹), b'rati ta 'rifjut ta' Cu²⁺, Zn²⁺, u Pb²⁺ ta' 96.5%, 96.2%, u 88.4%, rispettivament.
• Polimerizzazzjoni interfacial ta '-temperatura baxxa (-15 grad): Il-ħxuna tal-membrana naqset, u l-fluss tal-ilma laħaq 19.2. L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹, ir-rati ta' żamma għal Mn²⁺, Cd²⁺, u Cu²⁺ kienu 97.9%, 87.7%, u 93.9%, rispettivament.

Dip-metodu ta' kisi

Il-metodu dip-kisi huwa sempliċi biex jitħaddem, ekonomiku, effiċjenti,-ħieles mill-iskart, u effiċjenti fl-enerġija-. Is-sottostrat huwa mgħaddas fis-soluzzjoni tal-materjal attiv u jitħalla joqgħod għal perjodu ta 'żmien, imbagħad jinġibed 'il fuq b'veloċità kostanti, li jippermetti li s-solvent jevapora u jifforma film.

• Membrana PEI iċċarġjata b'mod pożittiv cross-(sottostrat taċ-ċeramika): Il-fluss tal-ilma żdied minn 32 għal 82 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹, b'rati ta 'rifjut ta' 99.8% għal Cu²⁺, 96.8% għal As⁵⁺, u 97.2%⁺ għal C⁺.
• Cu²⁺ complexed PEI membrane: Water flux 24.8 L·m⁻²·h⁻¹, with rejection rates of >95% għal Cd²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺, u Ni²⁺.
• PEI/Cu²⁺ pre-membrana kumplessa: Fluss ta 'ilma 8.1 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹, ir-rati ta' żamma għal Zn²⁺, Ni²⁺, u Cd²⁺ kienu 91.8%, 83.2%, u 75.6%, rispettivament.

Modifika/Funzjonalizzazzjoni tal-wiċċ

Il-modifika tal-wiċċ tista 'tibni saffi ultrarqaq fuq il-wiċċ tal-membrana tan-nanofiltrazzjoni, u fl-istess ħin ittejjeb is-selettività u l-permeabilità.

• Triethanolamine-grafted PEI/TMC membrane: Water flux increased by 2 times (to 13.6 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹), with a rejection rate of >97% għal Zn²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, u Cu²⁺, u rata ta' rifjut ta' 92% għal Pb²⁺.
• CNFs-co-Membrana PES modifikata Cs: Il-fluss tal-ilma żdied minn 4.25 għal 13.58 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹
• HNTs-DA modified NF270 membrane: Rejection rate of >95% għal Cd²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, u Ni²⁺.

It-teknoloġija tal-membrana tan-nanofiltrazzjoni għamlet progress sinifikanti fil-qasam tat-tneħħija tal-jone tal-metall tqil. Billi tagħżel b'mod razzjonali materjali tal-membrana u proċessi ta 'preparazzjoni, il-mikrostruttura tal-membrani tan-nanofiltrazzjoni tista' tiġi kkontrollata, ittejjeb b'mod sinifikanti l-fluss tal-ilma u r-rati ta 'rifjut tal-jone tal-metall tqil.

Direzzjonijiet ta' Żvilupp Futur:

• Selettività tal-jone: F'ilma mniġġes fid-dinja reali-, jonji tal-metall multipli jeżistu flimkien. Huwa meħtieġ li jiġu żviluppati membrani tan-nanofiltrazzjoni li kapaċi jżommu b'mod selettiv joni speċifiċi tal-metall biex jinkisbu l-għanijiet doppji tal-purifikazzjoni tal-ilma u l-irkupru tal-metall.
• Stabbiltà tal-membrana: Ir-riċerka attwali għandha ċikli ta 'ttestjar qosra, u l-prestazzjoni tal-biċċa l-kbira tal-membrani tiddeterjora maż-żmien. Hemm bżonn ta' aktar cross-linking jew l-introduzzjoni ta' nanopartiċelli inorganiċi stabbli biex tittejjeb l-istabbiltà tal-membrana.
• Prestazzjoni antifouling: Il-fouling tal-membrana huwa sfida komuni fit-teknoloġija tal-membrana. L-inġinerija tal-wiċċ (bħal kostruzzjoni ta 'uċuħ iċċarġjati b'mod pożittiv biex jiffurmaw saffi tal-ilma) hija meħtieġa biex ittaffi jew tipprevjeni l-adsorbiment tal-inkwinanti.
• Modalità ta' Operazzjoni: Il-biċċa l-kbira ta' l-istudji jużaw filtrazzjoni-dead end, filwaqt li jittraskuraw il-kwistjoni ta' l-assorbiment tal-jone tal-metall fil-membrana. L-applikazzjonijiet industrijali jeħtieġu modi ta' tħaddim ta' fluss inkroċjat, u għandha tingħata aktar attenzjoni lill-prestazzjoni fit-tul-tal-membrani taħt dan il-mod.