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La ósmosis directa (FO), una nueva técnica basada en membranas, tiene un bajo consumo de energía y un potencial muy bajo de ensuciamiento de membranas; Sin embargo, la falta de membranas de fibra óptica de alto rendimiento impide que la fibra óptica se utilice ampliamente.
Créditos de las fotos: Tao Ma, Haiqing Hui, Xiaofei You, Zhiqiang Pei, Miao Tian, Bing Wu
Idealmente, una membrana de FO de alto rendimiento debería tener un fuerte rendimiento antiincrustante, propiedades químicas consistentes, bajo parámetro estructural (valor S), alta permeabilidad al agua y baja permeabilidad a la sal. Entre ellos, las membranas de fibra óptica soportadas por nanofibras gozan de una popularidad cada vez mayor.
Las membranas de fibra óptica compuestas de película delgada (TFC) con permeabilidad y selectividad excepcionales consisten en sustratos porosos y capas selectivas de poliamida (PA) ultradelgadas. Pero, ¿cómo minimizar el valor S general de las membranas de FO y resolver el «compromiso» entre la permeabilidad al agua y la selectividad de solutos?
Debido a sus sólidas propiedades mecánicas y propiedades químicas estables, el fluoruro de polivinilideno (PVDF), un polímero semicristalino con unidades repetitivas, se usa ampliamente para fabricar materiales de membrana para el tratamiento del agua.
Pero, ¿cómo se puede producir una capa de separación de PA duradera y sin defectos en un sustrato de nanofibras electrohiladas (PVDF) con poros superficiales abiertos usando polimerización interfacial (IP)? Finalmente, se cuestionó cómo reducir con éxito el ensuciamiento de la membrana y el fenómeno de polarización de concentración interna (ICP) en FO.
El profesor Miao Tian y el Dr. Tao Mao, de la Universidad Politécnica de Northwestern, trabajó con miembros de su equipo para desarrollar una membrana TFC-FO con soporte de nanofibras de PVDF de dos capas para abordar estos problemas.
Sus resultados proporcionaron un marco teórico para el estudio y desarrollo de membranas TFC-FO antipolución y de alto flujo de agua para el tratamiento práctico de aguas residuales. También dieron una idea del comportamiento de los contaminantes en la superficie de la membrana.
El estudio se publica en línea en Fronteras de la ciencia y la ingeniería ambientales en 2022.
En este estudio, se realizó con éxito la fabricación por electrohilado de un sustrato de nanofibras de PVDF en capas con una capa intermedia de fibra fina ultrafina (~1 µm) en la parte superior (diámetro medio de fibra de 40 a 60 nm).
Un sustrato nanofibroso mencionado anteriormente con diversas propiedades físico-químicas fue tratado con IP para crear una capa selectiva de PA. El rendimiento de la separación intrínseca FO se estudió con FESEM y AFM en relación con la capa intermedia de nanofibras electrohiladas y el tiempo de secado.
Se usaron ensuciantes modelo (alginato de sodio y albúmina de suero bovino) tanto en la solución de alimentación (FS) como en la solución de extracción (DS) para estudiar el rendimiento de separación de las membranas de fibra óptica bicapa de nanofibras.
Utilizando NaCl 1,5 M frente a agua desionizada en el modo de solución de extracción frente a la capa activa, el sustrato de nanofibras de dos capas exhibió un flujo de 30,2 LMH, superando al sustrato de nanofibras de una sola capa.
Cuando el ensuciamiento estaba presente tanto en el FS como en el DS durante la prueba de ensuciamiento, el flujo de agua podía incrementarse eficientemente sin afectar la selectividad agua/soluto. Además, las pruebas de limpieza y ensuciamiento mostraron que la membrana TFC-FO de nanofibras de dos capas era más duradera.
Este estudio muestra cuán significativamente la capa intermedia mejora la membrana TFC-FO. La capa intermedia mejoró la selectividad de la capa de PA durante el uso y la limpieza a largo plazo. En resumen, el estudio proporciona un marco teórico para estudiar y desarrollar membranas TFC-FO de alto flujo de agua y membranas TFC-FO ecológicas para el tratamiento de aguas residuales en la práctica.
referencia de la revista
Estera., et al. (2022) Diseño de membranas compuestas de ósmosis directa asistida por interláminas de nanofibras y su evaluación en estudios de ensuciamiento con limpieza. Fronteras de la ciencia e ingeniería ambiental. doi:10.1007/s11783-022-1550-7
Fuente: https://www.hep.com.cn/
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