逆浸透膜の高選択性と防汚性を向上させる新技術。

逆浸透(RO)技術は、汽水や海水の淡水化に幅広く適用できるため、多くの注目を集めています。 薄膜複合体 (TFC) ポリアミド (PA) 逆浸透膜は、緻密な分離層と多孔質の支持層で構成されており、この分野の主要製品です。 しかし、PA RO 膜の低い透過性と TFC 逆浸透膜の汚れにより、PA RO TFC 膜の広範な使用は制限されています。 googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
ナノ複合膜の合成は、ポリマーナノ材料と無機ナノ材料の利点を組み合わせる優れた方法であることが証明されています。 逆浸透膜の本来の特性は、組成と構造を微調整することで改善できます。 たとえば、ハイドロタルサイト (HT) は水溶液中に分散され、界面重合の段階で PA マトリックスに含まれて水輸送チャネルが形成されます。
得られた膜は、塩よけ性を犠牲にすることなく、高い透過性選択性と増加した水流量を示します。 さらに、ナノ粒子の組み込み、表面コーティング、グラフト化などの膜修飾は、生物付着を防ぐ効果的なアプローチであることが示されています。 中でも、PAマトリックスに埋め込まれたナノ粒子に防汚剤をグラフト化することは、PAマトリックスを損傷することなく逆浸透膜に防汚性を付与する優れた戦略です。
HT ナノ粒子にはヒドロキシル基が豊富に含まれており、シランカップリング剤のシロキシ基と反応して防汚グラフト化を実現できます。 したがって、PA層のドーパントとしてHTナノ粒子を用い、膜表面に防汚性官能基を有するシランカップリング剤をグラフト化することにより、高い選択性と防汚性を備えた新規なTFC逆浸透膜が得られる。
HT ナノ粒子と 4 級シランカップリング剤の特性に着想を得た、脱塩・総合海水利用研究所の Wang Jian 教授、山東科技大学の Ma Zhong 教授、中国科学院の Tian Xinxia 博士。アンモニウム塩。 、そしてそのチームのメンバーも一緒に。 本来の透過選択性と防汚性を同時に向上させ、長期安定した高性能を発揮する新しいタイプの逆浸透膜の開発に取り組んでいます。
彼らの研究は、TFC PA 逆浸透膜の性能を大幅に向上させ、将来の海水淡水化に貴重な技術的アドバイスを提供しました。 この研究はジャーナル『Frontiers of Environmental Science & Engineering』に掲載された。
この研究では、界面重合中に有機溶液に分散させることにより、Mg-Al-CO3 HT ナノ粒子を PA 層に組み込みました。 HT を含めることは、水の流れを強化し、接木部位として機能するという 2 つの役割を果たします。 HT を含めると、塩の除去を犠牲にすることなく水の流れが増加し、その後のグラフト反応によって引き起こされる損失が補償されました。 HT の露出表面は、防汚剤であるジメチルオクタデシル [3-(トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウム クロリド (DMOT-PAC) のグラフト サイトとして機能します。
HT の組み込みと DMOTPAC グラフト化の組み合わせにより、逆浸透膜に高い透過性選択性と防汚特性が与えられます。 PA-NT-0.06 の水流量は 49.8 l/m2・h で、元の膜よりも 16.4% 増加しました。 PA-HT-0.06 塩の阻止率は 99.1% で、元の膜の阻止率と同等でした。 負に帯電したリゾチーム汚染に関して、修飾膜の水流束回収率は元の膜よりも高かった(例えば、PA-HT-0.06では86.8%、PA-オリジナルでは78.2%)。 PA-HT-0.06の大腸菌に対する殺菌活性は97.3%、枯草菌に対する殺菌活性は98.7%でした。
この研究は、PAマトリックスに埋め込まれたDMOTPACとHTナノ粒子の間で共有結合を形成し、高い透過性選択性と防汚特性を備えた逆浸透膜を生成することを初めて報告したものである。 統合されたナノ粒子の組み込みと官能基のグラフト化により、高い透過性選択性と防汚特性を備えた逆浸透膜の開発が可能になります。
詳細情報: Xinxia Tian et al.、海水淡水化のための高い選択性と防汚特性を備えた逆浸透膜の調製、環境科学および工学のフロンティア (2021)。 DOI: 10.1007/s11783-021-1497-0
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投稿時刻: 2023 年 1 月 4 日