La tecnología de membranas es una tecnología prometedora para el tratamiento del agua. En un artículo publicado en la revista Polímeros de carbohidratosNitruro de titanio y aluminio (Ti2La fase AlN)MAX se usó por primera vez como un aditivo inorgánico en una membrana de polímero de acetato de celulosa para mejorar su rendimiento (membrana de acetato de celulosa) como adsorbente de tinte del agua.
Estudio: Desarrollo de una membrana de nanocompuesto de acetato de celulosa/fase Ti2AlN MAX para la eliminación de colorantes, proteínas e iones de plomo. Crédito: NokkieVector/Shutterstock.com
Síntesis de Ti2La fase AlN MAX vía el proceso de sinterización reactiva y su caracterización fue el primer paso del presente trabajo. La estructura cristalina hexagonal de la fase MAX se confirmó mediante un patrón de difracción de rayos X (XRD). La fase MAX sirvió como un aditivo inorgánico hidrofílico y cuando se incorporó a la membrana de acetato de celulosa matriz mejoró la hidrofilia y el rendimiento de la membrana de acetato de celulosa.
Se consideró que el 0,75 % en peso de la fase MAX en la membrana de acetato de celulosa era la membrana nanocompuesta óptima, mostrando una mejora del triple en la permeabilidad durante la filtración de soluciones de colorante y agua pura. Además, esta membrana nanocompuesta óptima demostró una tasa de recuperación de flujo mejorada del 92,7 % con eficiencias de eliminación de: 93,5 % para Reactive Red 120 (RR120), 70,7 % para Reactive Black 5 (RB5) y >98 % para Bovine Serum Albumin (BSA ).
Este nanocompuesto óptimo mostró una recuperación de flujo mejorada en un 97 %, un rechazo de >55 % para el sulfato de sodio (Na2ASI QUE4) y >35% de rechazo de cloruro de sodio (NaCl). Por lo tanto, los resultados demostraron el potencial de los materiales basados en la fase MAX como membranas eficientes para su uso en tecnología de membranas.
Tratamiento de agua basado en tecnología de membranas y membrana de acetato de celulosa
Reducir el consumo de agua y reutilizar las aguas residuales es necesario para evitar futuras situaciones de escasez de agua. El tratamiento del agua incluye procesos físicos, químicos y biológicos para eliminar colorantes, sales y metales. Las técnicas físicas incluyen el intercambio iónico, la adsorción y los métodos de membrana, mientras que los métodos químicos incluyen la electrocoagulación, la coagulación química y la oxidación. Por otro lado, los procesos biológicos aerobios y anaerobios también se utilizan para el tratamiento del agua.
El tratamiento del agua basado en la tecnología de membranas es la mejor forma de reutilizar el agua y conseguir la calidad de agua deseada. Esta tecnología permite la eliminación efectiva de contaminantes según la presión aplicada y el tipo de membrana. Por lo tanto, en comparación con el tratamiento tradicional, las tecnologías basadas en membranas son métodos rentables y sostenibles para el tratamiento de aguas residuales respetuoso con el medio ambiente.
La membrana de acetato de celulosa es un material poroso derivado de la celulosa natural. Ha jugado un papel importante en la separación por membrana debido a su buen rendimiento de formación de película, alta hidrofilia, fácil biodegradabilidad y costo relativamente bajo. El acetato de celulosa es un material de membrana importante debido a sus ventajas, que incluyen una amplia fuente, no toxicidad, técnica de fabricación simple y propiedades degradables.
El uso de nanopartículas en la fabricación de membranas poliméricas ayuda a mejorar el flujo y evitar el ensuciamiento. La incorporación de nanomateriales como nanotubos y nanopartículas en el rango de tamaño de 4 y 100 nanómetros conduce a una membrana polimérica eficiente. El área superficial alta y la carga negativa del material compuesto son propiedades beneficiosas para la membrana producida.
Fase Ti2AlN MAX/membrana nanocompuesta de acetato de celulosa
En el presente estudio, el efecto del Ti2La fase AlN MAX se evaluó en cuanto al rendimiento de la membrana de acetato de celulosa. Se han utilizado varias formas de acetato de celulosa en la fabricación de membranas debido a su alta retención de sal y no toxicidad. Por lo tanto, el acetato de celulosa fue el polímero de elección para el presente estudio.
La síntesis de Ti2La fase AlN MAX se realizó mediante el método de sinterización reactiva, y la fase MAX sintetizada se caracterizó mediante XRD, microscopía electrónica de transmisión (TEM), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (EDX), mapeo de puntos y Análisis de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS).
Las membranas compuestas MAX/acetato de celulosa fabricadas con contenido de fase MAX variable se prepararon mediante el proceso de inversión de fase. Las membranas fabricadas se caracterizaron en términos de potencial zeta, mapeo de puntos, análisis mecánico dinámico (DMA), técnicas AFM y ángulos de contacto.
La propiedad antiincrustante, la permeabilidad y la repelencia se evaluaron utilizando RR120, RB5, BSA, NaCl, Na2ASI QUE4y soluciones de plomo (Pb)(II). La adsorción de la membrana compuesta MAX/acetato de celulosa fue un fenómeno físico y los residuos de tinte aparecieron en la superficie después de retirar las membranas. El presente trabajo es el primer estudio sobre Ti2Síntesis de la fase AlN MAX, fabricación de membranas de acetato de celulosa y su aplicación como aditivo inorgánico en membranas de acetato de celulosa.
Conclusión
Finalmente un Ti2El material hidrofílico de la fase AlN MAX se utilizó como aditivo inorgánico para mejorar el rendimiento de la membrana de acetato de celulosa. La síntesis de Ti2La fase AlN MAX a través del proceso de sinterización reactiva fue el primer paso en el presente estudio, que se confirmó con SEM, XRD, EDX, XPS, TEM y técnicas de análisis de mapeo de puntos.
Las membranas de nanocompuestos con diferente contenido de fase MAX se fabricaron a lo largo de la fase
método de inversión. Las imágenes SEM de las membranas fabricadas revelaron su morfología asimétrica con poros en forma de dedos. Además, el mapeo de puntos confirmó la distribución uniforme de la fase MAX en la matriz de la membrana de acetato de celulosa.
Relación
Keskin B, Mehrabani SAN, Arefi-Oskoui S, Vatanpour V, Teber OO, Khataee A, Orooji Y et al. (2022). Evolución de Ti2Membrana nanocompuesta de acetato de celulosa/fase AlN MAX para la eliminación de colorantes, proteínas e iones de plomo. Polímeros de carbohidratos. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119913
