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(Noticias de Nanowerk) La ósmosis directa (FO), una tecnología emergente basada en membranas, tiene un bajo consumo de energía y un bajo potencial de ensuciamiento de la membrana, pero la falta de una membrana de FO de alto rendimiento dificulta la aplicación a gran escala de FO. En general, una membrana FO ideal de alto rendimiento debe tener alta permeabilidad al agua, baja permeabilidad a la sal, bajo parámetro estructural (valor S), excelente rendimiento antiincrustante y propiedades químicas estables. Entre ellos, las membranas de FO con soporte de nanofibras han ganado popularidad.
Las membranas de FO compuestas de película delgada (TFC), compuestas de sustratos porosos y capas de poliamida selectiva (PA) ultrafinas, exhiben flexibilidad de diseño estructural y permeabilidad y selectividad superiores. Pero, ¿cómo superar el equilibrio entre la permeabilidad al agua y la selectividad de solutos y minimizar el valor S general de las membranas de FO? Además, el fluoruro de polivinilideno (PVDF) es un polímero semicristalino con unidades repetitivas, que se usa ampliamente para fabricar materiales de membrana para el tratamiento de agua debido a sus fuertes propiedades mecánicas y propiedades químicas estables.
Pero, ¿cómo fabricar una capa de liberación de PA robusta y libre de defectos en el sustrato de nanofibras de electrohilado (PVDF) con grandes poros abiertos en la superficie mediante polimerización interfacial (IP)? Finalmente, ¿cómo mitigar de manera efectiva el fenómeno de la polarización de concentración interna (ICP) y el ensuciamiento de la membrana en FO?
Para responder a estas preguntas, el Prof. Miao Tian y el Dr. Tao Mao de la Universidad Politécnica del Noroeste y los miembros de su equipo colaboraron e informaron sobre el diseño de una membrana TFC-FO asistida por nanofibras de PVDF con una estructura bicapa. Sus resultados revelaron el comportamiento de los ensuciantes en la superficie de la membrana, proporcionando una base teórica para la investigación y el desarrollo de membranas TFC-FO de alto flujo de agua y membranas TFC-FO ecológicas en el tratamiento real de aguas residuales.
Este estudio se publica en Fronteras de la ciencia y la ingeniería ambientales («Diseño de intercapas de nanofibras de membranas compuestas de ósmosis directa asistida y su evaluación en el estudio de ensuciamiento con purificación»).
![Membranas de ósmosis directa soportadas por nanofibras](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61628_1.jpg)
En este estudio, se fabricó con éxito un sustrato de nanofibras de PVDF multicapa con una capa intermedia de fibra fina ultrafina (~1 µm) en la parte superior (diámetro medio de fibra de 40 a 60 nm) mediante electrohilado.
Se sintetizó una capa selectiva de PA usando IP sobre un sustrato nanofibroso mencionado anteriormente con diferentes propiedades fisicoquímicas. FESEM y AFM se utilizaron para estudiar el efecto de la capa intermedia de nanofibras electrohiladas y el tiempo de secado en el rendimiento intrínseco de la separación de FO.
El rendimiento de separación de las membranas de fibra óptica bicapa nanofibrosas se estudió utilizando ensuciadores modelo (alginato de sodio y albúmina de suero bovino) tanto en la solución de alimentación (FS) como en la solución de extracción (DS). El sustrato de nanofibras de doble capa fue superior al sustrato de nanofibras de una sola capa, exhibiendo un flujo de 30,2 LMH usando NaCl 1,5 M frente a agua desionizada en el modo de solución de extracción frente a la capa activa.
En la prueba de ensuciamiento, el flujo de agua mejoró efectivamente sin sacrificar la selectividad agua/soluto bajo la condición de que el ensuciamiento estuviera presente tanto en el FS como en el DS. Además, la membrana TFC-FO de nanofibras de doble capa fue más resistente durante la prueba de incrustaciones y la limpieza.
Este estudio demuestra la importancia de la capa intermedia para mejorar la membrana TFC-FO. La capa intermedia mejoró la selectividad de la capa PA durante la operación y limpieza a largo plazo. En resumen, el estudio proporciona una base teórica para la investigación y el desarrollo de membranas TFC-FO de alto flujo de agua y membranas TFC-FO ecológicas en el tratamiento real de aguas residuales.
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