Βρετανοί ερευνητές ανέπτυξαν μια μεμβράνη από κεραμική κοίλη ίνα σε συνδυασμό με φωτοκαταλυτική οξείδωση για την επεξεργασία λυμάτων φυτών φοινικέλαιου. Η βιομηχανία φοινικελαίου αποτελεί πυλώνα της παγκόσμιας γεωργίας, αλλά τα λύματα φυτών φοινικέλαιου (POME) που παράγονται κατά την παραγωγή έχουν υψηλό οργανικό φορτίο και βαθύ χρώμα, καθιστώντας τις παραδοσιακές βιολογικές και φυσικοχημικές επεξεργασίες ανεπαρκείς για να πληρούν τα πρότυπα. Η άμεση απόρριψη θα οδηγούσε σε ευτροφισμό και οικολογική βλάβη. Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μεμβράνη TiO2-ενσωματωμένης διπλής-μουλίτης από κεραμική κοίλη ίνα για να λύσουν τα προβλήματα της βαθιάς επεξεργασίας POME και της ρύπανσης της μεμβράνης.
I. Πειραματικός Σχεδιασμός και Μέθοδος Προετοιμασίας
1. Υλικά και δομή: Το εσωτερικό στρώμα είναι καθαρός μουλλίτης, παρέχοντας μηχανική υποστήριξη και υπόστρωμα φιλτραρίσματος. το εξωτερικό στρώμα είναι μουλλίτης + 1~4 wt% TiO2, προσδίδοντας φωτοκαταλυτική δραστηριότητα.
2. Διαδικασία Προετοιμασίας: Χρησιμοποιείται μέθοδος μετασχηματισμού φάσης + συν-σύντηξης. Η πυροσυσσωμάτωση στις 1350 μοίρες εξαλείφει το πρόβλημα αποκόλλησης διπλών-στρώσεων και η δομή της κοίλης ίνας προετοιμάζεται με χύτευση συν-εξώθησης.
3.Δεδομένα μεμβράνης: Τελικό πάχος μεμβράνης (μετά την πυροσυσσωμάτωση): Μεμβράνη μονής- στρώσης (SL): 900 μm, Μεμβράνη διπλής στρώσης: 1090–1310 μm. Μήκος μεμβράνης που χρησιμοποιείται για δοκιμή: 10 cm για δοκιμή φωτοκατάλυσης, 7 cm για δοκιμή αποκοπής ροής/κατακράτησης.
II. Αποτελέσματα Έρευνας
1. Συσχέτιση δομής και απόδοσης: Η μεμβράνη διπλής στιβάδας παρουσιάζει σφιχτή σύνδεση χωρίς αποκόλληση και το TiO2 φορτώνεται επιτυχώς, με την περιεκτικότητα σε Ti να αυξάνεται στο 3,76% με την αύξηση της προσθήκης. 3 wt% TiO2 (DL3) δείχνει την υψηλότερη αντοχή σε κάμψη (16,34 MPa) και την καλύτερη μηχανική σταθερότητα. Το 4 wt% TiO2 (DL4) έχει το μικρότερο μέγεθος πόρων (28,25 nm), που ανήκει στο επίπεδο υπερδιήθησης. Η φόρτωση TiO2 μειώνει το πορώδες και τη ροή καθαρού νερού, αλλά βελτιώνει σημαντικά την αντιρρυπαντική και τη σταθερότητα ροής.
2. Διαχωρισμός και φωτοκαταλυτικά αποτελέσματα: Η μεμβράνη διπλής στιβάδας είναι πολύ ανώτερη από τη μεμβράνη μονής-στοιβάδας, με ποσοστό συγκράτησης DL3 54,50%, σε σύγκριση με μόνο 11,27%–19,32% για τη μεμβράνη μονής-στοιβάδας.
- Αφαίρεση ρύπων: Το DL4 είχε καλύτερη απόδοση κάτω από υπεριώδη ακτινοβολία, επιτυγχάνοντας ποσοστό αφαίρεσης COD 44,92% και ποσοστό αφαίρεσης χρώματος 52,40%, με ροή 18,90 L/(m²・h・bar).
- Σταθερότητα και Αντιρρυπαντικό: Οι DL3 και DL4 έδειξαν σημαντικά υψηλότερο ρυθμό ανάκτησης ροής (FRR) και δείκτη σταθερότητας (SI), παραμένοντας σταθεροί ακόμα και μετά από τρεις κύκλους, επιδεικνύοντας εξαιρετική απόδοση αυτοκαθαρισμού.
- Οι μεμβράνες μονής-στοιβάδας υποφέρουν από σοβαρή ρύπανση και απότομη πτώση της ροής, ενώ οι μεμβράνες διπλής-στοιβάδας ανακουφίζουν σημαντικά τη ρύπανση της μεμβράνης λόγω της φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησης των ρύπων TiO2.
III. Πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα και μελλοντικές προοπτικές
Καινοτόμα Πλεονεκτήματα
- Η δομή διπλού-στρώματος εξισορροπεί τη μηχανική αντοχή, την απόδοση διήθησης και τη φωτοκαταλυτική δραστηριότητα, επιλύοντας το πρόβλημα του διαχωρισμού και της ανάκτησης TiO2.
- Οι κεραμικές μεμβράνες είναι ανθεκτικές σε οξέα, αλκάλια και υψηλές θερμοκρασίες, καθιστώντας τις πιο κατάλληλες για εφαρμογές βιομηχανικών λυμάτων από τις πολυμερείς μεμβράνες.
- Οι ιδιότητες αυτοκαθαρισμού μειώνουν τη συχνότητα καθαρισμού.
Μελλοντικές Οδηγίες
- Βελτιστοποιήστε τη φόρτωση TiO2, τη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης και το μέγεθος πόρων της μεμβράνης για να βελτιώσετε την απόδοση αποικοδόμησης.
- Το ντόπινγκ με N και Zr διευρύνει το εύρος της φωτοαπόκρισης, επιτρέποντας φωτοκατάλυση ορατού φωτός.
- Η διαδικασία κατασκευής κλιμακώθηκε και διενεργήθηκε πιλοτική-κλίμακα και μακροπρόθεσμη επιχειρησιακή επαλήθευση.
IV. Περίληψη
Μια ενσωματωμένη μεμβράνη από κεραμική κοίλη ίνα διπλής στοιβάδας TiO2-παρασκευάστηκε με επιτυχία για την επεξεργασία λυμάτων φυτών φοινικελαίου, επιτυγχάνοντας συνεργιστικά αποτελέσματα διαχωρισμού διήθησης και φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησης. Παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την αντιρρύπανση, τη σταθερότητα και τον αυτοκαθαρισμό-. Αυτή η τεχνολογία παρέχει μια βιώσιμη λύση για τη βαθιά επεξεργασία των λυμάτων από φοινικέλαιο και προσφέρει σημαντική αναφορά για το σχεδιασμό και την εφαρμογή φωτοκαταλυτικών μεμβρανών με βάση κεραμική-.