Целенаправленное покрытие улучшает мембраны из оксида графена для нанофильтрации

22 января 2021 г.

Ли Юань, Китайская академия наук

Нанофильтрация (НФ) – это передовая технология очистки сточных вод, содержащих органические микрозагрязнители (ОМЗ).

Недавно исследовательская группа под руководством профессора Ван Иньхуа из Института технологического машиностроения (IPE) Китайской академии наук разработала стабильную нанофильтрационную мембрану из оксида графена с одинаковым размером пор для удаления OMP.

Исследование было опубликовано в журнале Chemical Engineering Journal 20 января.

Он предлагает объединить стратегию усиления сигнала и химию дефектов для уменьшения распределения пор мембраны по размерам, тем самым предлагая многообещающий метод получения высокоселективных NF-мембран.

Оксид графена (GO) демонстрирует большой потенциал в области молекулярного просеивания для использования в NF. Мембраны ГО обычно изготавливают путем укладки нанолистов ГО на пористый опорный слой. Однако применение мембран ГО ограничено из-за их низкой стабильности в водных средах.

Кроме того, крупные дефекты, возникающие в результате неравномерного осаждения нанолистов ОГ, могут привести к тому, что мембраны будут иметь низкую удерживающую способность, а также могут стать причиной серьезного загрязнения мембраны.

В своем исследовании исследователи предложили стратегию целенаправленной модификации, позволяющую одновременно повысить противообрастающую способность мембран GO и регулировать их наноканалы.

Ионы железа (Fe3+) сначала добавляются в раствор ГО для приготовления стабильной мембраны ГО (GO-Fe). «Добавленный Fe3+ может усилить сигнал о дефектах на мембране GO-Fe, где из-за отталкивающего взаимодействия между соседними нанолистами GO образуются более крупные поперечные дефекты», — сказал профессор Луо Цзяньцюань из IPE.

Поверхность мембраны GO-Fe впоследствии модифицируется с помощью целевого слоя покрытия, состоящего из дубильной кислоты и аминопропилтриэтоксисилана (TA-APTES), а более крупные дефекты мембраны с большим количеством Fe3+ затем исправляются более толстым покрытием TA-APTES. Такое «крапчатое» покрытие TA-APTES может одновременно улучшить противообрастающую способность и сузить распределение пор по размерам Fe3+-опосредованной GO-мембраны.

«По сравнению с коммерчески доступными полиамидными мембранами NF, наша мембрана GO с целенаправленным покрытием демонстрирует более высокие и стабильные показатели отбраковки на различных OMP, даже при длительной эксплуатации, фильтрации с поперечным потоком или под высоким давлением», - сказал профессор Луо.

Больше информации: Сушуан Ли и др. Ионы железа опосредуют сужение дефектов нанофильтрационной мембраны из оксида графена для надежного удаления органических микрозагрязнителей, журнал Chemical Engineering Journal (2021). DOI: 10.1016/j.cej.2021.128587

Предоставлено Китайской академией наук