Мембрана, вдохновленная мидиями, может эффективно очистить промышленные сточные воды.

Инженеры разработали мембрану нового типа, которая настолько эффективно отделяет химические вещества в сточных водах, что их можно использовать повторно, что дает предприятиям новую возможность повысить устойчивость, извлекая из сточных вод ценные побочные продукты и химические вещества.

Созданная для использования в очистке сточных вод, тонкопленочная композитная нанопористая мембрана, известная как TFC NPM, демонстрирует «беспрецедентную» способность отделять соли и другие химические компоненты от воды и может привести к более устойчивой очистке и управлению водой в диапазоне отраслей.

Исследовательская статья, опубликованная сегодня в журнале Nature Water, подробно описывает характеристики мембраны и объясняет, как ее уникальные свойства, аспекты которых вдохновлены мидиями, могут проложить путь к более устойчивому управлению водными ресурсами в таких отраслях, как фармацевтика, нефть и газ, текстильная и пищевая промышленность. обработка. Статья написана учеными из британского Университета Бата вместе с коллегами из Китая, Южной Кореи, Сингапура, Австралии и Бельгии.

Они говорят, что мембрана может заменить современные эквиваленты, используемые в электродиализе, процессе, используемом для очистки воды путем переноса ионов через мембраны из одного раствора в другой под действием электрического тока. Существующие мембраны дороги и могут достигать эффективности разделения 90-95%. Авторы новой работы говорят, что новый TFC NPM может значительно улучшить это, с эффективностью более 99%, используя меньше энергии при меньших затратах.

Мембрана, вдохновленная мидиями чистить промышленные сточные воды.

Доктор Мин Се, преподаватель химического машиностроения в Университете Бата и один из авторов статьи, говорит, что мембрана может привести к изменению взглядов на очистку сточных вод. Он говорит: «Традиционно многие отрасли промышленности рассматривали сточные воды, которые они производят, как торговые отходы, которые являются необходимыми затратами бизнеса. Такие технологии, как созданная нами мембрана, могут помочь нам предпринять шаги по снижению выбросов углерода за счет снижения энергопотребления сточных вод. обработки, одновременно находя способы эффективного разделения компонентов, таких как химические вещества, соли, энергия, биомасса и питательные вещества, перед их повторным использованием в качестве ценных побочных продуктов».

Исследователи черпали вдохновение в мидиях при разработке покрытия на поверхности мембраны, которое состоит из полимера полиэтиленимина (PEI) и полидофамина (PDA), соединения, которое выделяют мидии и используют для прилипания к камням или дереву во влажных условиях. Липкость покрытия делает мембрану высокоселективной, позволяя воде проходить, но блокируя другие соединения и органические материалы. Этот многоэтапный процесс обеспечивает улучшенную фильтрацию воды и высокоэффективный способ фракционирования (или разделения) химических веществ с низким энергопотреблением.

Электродиализ — это технология, которая показала свою адаптируемость к нескольким приложениям, в данном случае — к управлению потоками сильно засоленных отходов. В процессе электродиализа электрический потенциал используется для прохождения положительных и отрицательных ионов растворенных солей через отдельные полупроницаемые синтетические мембраны.

Во время испытаний исследователи использовали четыре антибиотика — цефтриаксон натрия, цефотаксим натрия, карбенициллин динатрий и ампициллин натрия — чтобы доказать эффективность фильтрации мембраны с покрытием PDA/PEI. Мембрана показала беспрецедентно высокую эффективность извлечения антибиотиков из растворов соленой воды (вода и хлорид натрия NaCl) — с эффективностью опреснения более 99,3% и извлечением антибиотиков более 99,1%. При использовании в очистке промышленных сточных вод мембрана способна проводить высокоэффективное электродиализное фракционирование (разделение) различных смешанных растворов органических соединений и NaCl более эффективно, чем стандартные существующие процессы.

Соавтор, д-р Донг Хан Сео из Департамента энергетики Корейского института энергетических технологий, сказал: «Эта работа демонстрирует современное состояние электродиализа для решения грандиозной задачи в фармацевтической промышленности по очистке сточных вод на биологической основе, чтобы обеспечить эффективное восстановление. высокоценных химикатов, получая при этом повторно используемую воду с низким потреблением энергии».

Д-р Цзюян Линь из Китайской академии наук, также соавтор, сказал: «Это простое, но эффективное покрытие обеспечивает долгосрочную стабильность и гарантирует низкое потребление энергии независимо от состояния сточных вод. дизайн мембраны, моделирование и анализ».

Источник:Цзюян Линь, Вэньюань Е, Шуанлин Се, Цзяле Ду, Рири Лю, Дун Цзоу, Сянюй Чен, Цзыцзянь Юй, Шэнцюн Фан, Элиза Юн Мей Ан, Уильям Тох, Дан Дан Хань, Тенг Юн Нг, Донг Хан Сео, Шуайфей Чжао, Барт Ван дер Брюгген, Мин Се, Янг Му Ли Экранирующий эффект обеспечивает быстрый перенос ионов через нанопористую мембрану для высокоэнергоэффективного электродиализа Nature Water , 2023; DOI: 10.1038/s44221-023-00113-5