محققان بریتانیایی یک غشای الیاف توخالی سرامیکی ترکیب شده با اکسیداسیون فوتوکاتالیستی برای تصفیه فاضلاب گیاهان روغن نخل ساخته اند. صنعت روغن نخل یکی از ستون های کشاورزی جهانی است، اما فاضلاب کارخانه روغن نخل (POME) تولید شده در طول تولید دارای بار آلی بالا و رنگ عمیق است، که باعث می شود تصفیه های بیولوژیکی و فیزیکوشیمیایی سنتی برای مطابقت با استانداردها کافی نباشد. تخلیه مستقیم منجر به اتروفیکاسیون و آسیب زیست محیطی می شود. محققان یک غشای فیبر توخالی سرامیکی دولایه مولایت دو لایه TiO2 برای حل مشکلات درمان POME عمیق و رسوب غشاء ایجاد کرده اند.
I. روش طراحی و آماده سازی آزمایشی
1. مواد و ساختار: لایه داخلی مولایت خالص است که پشتیبانی مکانیکی و یک بستر فیلتر را ارائه می دهد. لایه بیرونی مولایت + 1~4 درصد وزنی TiO2 است که فعالیت فوتوکاتالیستی را ایجاد می کند.
2. فرآیند آماده سازی: از روش تبدیل فاز + هم- تف جوشی استفاده می شود. تف جوشی در 1350 درجه مشکل لایه لایه شدن دو لایه را برطرف می کند و ساختار الیاف توخالی با قالب گیری هم-اکستروژن تهیه می شود.
3. داده های غشایی: ضخامت غشای تمام شده (پس از پخت): غشای تک لایه (SL): 900 میکرومتر، غشای دولایه: 1090-1310 میکرومتر. طول غشاء مورد استفاده برای آزمایش: 10 سانتیمتر برای آزمایش فوتوکاتالیز، 7 سانتیمتر برای آزمایش قطع شار/احتباس.
II. نتایج تحقیق
1. ساختار و عملکرد همبستگی: غشای دولایه پیوند محکم و بدون لایه لایه نشان می دهد، و TiO2 با موفقیت بارگذاری می شود، با محتوای TiO2 به 3.76٪ با افزایش افزودن افزایش می یابد. 3 wt% TiO2 (DL3) بالاترین استحکام خمشی (16.34 مگاپاسکال) و بهترین پایداری مکانیکی را نشان می دهد. 4 درصد وزنی TiO2 (DL4) دارای کوچکترین اندازه منافذ (28.25 نانومتر) است که به سطح اولترافیلتراسیون تعلق دارد. بارگذاری TiO2 تخلخل و شار آب خالص را کاهش می دهد اما به طور قابل توجهی ضد رسوب و پایداری شار را بهبود می بخشد.
2. جداسازی و اثرات فوتوکاتالیستی: غشای دولایه بسیار برتر از غشای تک لایه است، با نرخ ماندگاری DL3 54.50٪، در مقایسه با تنها 11.27٪ -19.32٪ برای غشای تک لایه.
- حذف آلاینده: DL4 در زیر نور UV بهترین عملکرد را داشت و به نرخ حذف COD 44.92٪ و نرخ حذف رنگ 52.40٪ با شار 18.90 L/(m²・h・bar) رسید.
- پایداری و ضد رسوب: DL3 و DL4 نرخ بازیابی شار (FRR) و شاخص پایداری (SI) بهطور قابلتوجهی بالاتر نشان دادند، حتی پس از سه چرخه پایدار ماندند و عملکرد خود تمیز کنندگی فوقالعادهای را نشان دادند.
- غشاهای تک لایه از رسوب شدید و افت شدید شار رنج می برند، در حالی که غشاهای دو لایه به طور قابل توجهی رسوب غشا را به دلیل تخریب فتوکاتالیستی TiO2 از آلاینده ها کاهش می دهند.
III. مزایا، معایب و چشم اندازهای آینده
مزایای نوآورانه
- ساختار دو لایه استحکام مکانیکی، عملکرد فیلتراسیون و فعالیت فوتوکاتالیستی را متعادل میکند و مشکل جداسازی و بازیابی TiO2 را حل میکند.
- غشاهای سرامیکی در برابر اسیدها، قلیاها و دماهای بالا مقاوم هستند و آنها را برای کاربردهای فاضلاب صنعتی نسبت به غشاهای پلیمری مناسب تر می کند.
- ویژگیهای{0}}خود تمیز شوندگی فرکانس تمیز کردن را کاهش میدهند.
مسیرهای آینده
- بهینه سازی بارگذاری TiO2، دمای تف جوشی و اندازه منافذ غشا برای بهبود راندمان تخریب.
- دوپینگ با N و Zr محدوده واکنش نوری را گسترش میدهد و فتوکاتالیز نور مرئی را ممکن میسازد.
- فرآیند ساخت بزرگتر شد و آزمایشی-مقیاس و تأیید عملیاتی بلندمدت- انجام شد.
IV. خلاصه
غشای فیبر توخالی سرامیکی دولایه مولایت TiO2 با موفقیت برای تصفیه فاضلاب کارخانه روغن نخل تهیه شد و به اثرات هم افزایی جداسازی فیلتراسیون و تخریب فوتوکاتالیستی دست یافت. مزایای قابل توجهی در ضد رسوب، پایداری، و خود تمیز شوندگی دارد. این فناوری یک راه حل پایدار برای تصفیه عمیق فاضلاب روغن نخل ارائه می دهد و مرجع مهمی برای طراحی و کاربرد غشاهای فوتوکاتالیستی{5}} بر پایه سرامیکی است.