Cercetătorii britanici au dezvoltat o membrană ceramică din fibre goale combinată cu oxidarea fotocatalitică pentru a trata apele reziduale ale plantelor de ulei de palmier. Industria uleiului de palmier este un pilon al agriculturii globale, dar apa uzată a plantelor de ulei de palmier (POME) produsă în timpul producției are o încărcătură organică mare și o culoare profundă, ceea ce face ca tratamentele biologice și fizico-chimice tradiționale să fie insuficiente pentru a îndeplini standardele. Deversarea directă ar duce la eutrofizare și daune ecologice. Cercetătorii au dezvoltat o membrană din fibră tubulară ceramică cu TiO₂-încorporată cu dublu-strat mullit pentru a rezolva problemele de tratare POME profundă și murdărirea membranei.
I. Metoda de proiectare și pregătire experimentală
1.Materiale și structură: Stratul interior este mulită pură, oferind suport mecanic și un substrat de filtrare; stratul exterior este mulită + 1~4% în greutate TiO₂, conferind activitate fotocatalitică.
2.Procesul de preparare: se folosește o metodă de transformare de fază + co-sinterizare. Sinterizarea la 1350 de grade elimină problema delaminarii cu dublu-strat, iar structura fibrei goale este pregătită prin turnare prin co-extrudare.
3. Date despre membrană: Grosimea membranei finite (după sinterizare): Membrană cu un singur strat-(SL): 900 μm, Membrană bistrat: 1090–1310 μm; Lungimea membranei utilizată pentru testare: 10 cm pentru testarea cu fotocataliză, 7 cm pentru testarea fluxului/limitării retenției.
II. Rezultatele cercetării
1. Structura și corelația performanței: Membrana cu două straturi prezintă legături strânse fără delaminare, iar TiO₂ este încărcat cu succes, cu conținutul de Ti crescând la 3,76% cu creșterea adaosului. 3% în greutate TiO₂ (DL3) prezintă cea mai mare rezistență la încovoiere (16,34 MPa) și cea mai bună stabilitate mecanică; 4% în greutate TiO₂ (DL4) are cea mai mică dimensiune a porilor (28,25 nm), aparținând nivelului de ultrafiltrare. Încărcarea cu TiO₂ reduce porozitatea și fluxul de apă pură, dar îmbunătățește semnificativ antifouling și stabilitatea fluxului.
2. Separare și efecte fotocatalitice: Membrana cu două straturi este cu mult superioară membranei cu un singur strat, cu o rată de retenție a DL₃ de 54,50%, comparativ cu doar 11,27%-19,32% pentru membrana cu un singur strat.
- Eliminarea poluanților: DL4 a funcționat cel mai bine în lumină UV, obținând o rată de eliminare a COD de 44,92% și o rată de îndepărtare a culorii de 52,40%, cu un flux de 18,90 L/(m²・h・bar).
- Stabilitate și antifouling: DL3 și DL4 au prezentat o rată de recuperare a fluxului (FRR) și un indice de stabilitate (SI) semnificativ mai mari, rămânând stabil chiar și după trei cicluri, demonstrând performanțe remarcabile de auto-curățare.
- Membranele cu un singur-strat suferă de murdărire severă și de o scădere bruscă a fluxului, în timp ce membranele dublu-strat atenuează în mod semnificativ murdărirea membranei din cauza degradării fotocatalitice de TiO₂ a poluanților.
III. Avantaje, dezavantaje și perspective de viitor
Avantaje inovatoare
- Structura dublu-strat echilibrează rezistența mecanică, performanța de filtrare și activitatea fotocatalitică, rezolvând problema separării și recuperării TiO₂.
- Membranele ceramice sunt rezistente la acizi, alcalii și temperaturi ridicate, ceea ce le face mai potrivite pentru aplicațiile de ape uzate industriale decât membranele polimerice.
- Proprietățile de auto-curățare reduc frecvența de curățare.
Direcții viitoare
- Optimizați încărcarea TiO₂, temperatura de sinterizare și dimensiunea porilor membranei pentru a îmbunătăți eficiența degradării.
- Dopajul cu N și Zr lărgește intervalul de fotorăspuns, permițând fotocataliza luminii vizibile.
- Procesul de fabricație a fost extins și s-au efectuat verificări operaționale-pilot și-pe termen lung.
IV. Rezumat
O membrană din fibră tubulară din ceramică de mullit cu două straturi încorporate cu TiO₂-a fost pregătită cu succes pentru tratarea apelor uzate din plantele de ulei de palmier, obținând efecte sinergice ale separării prin filtrare și degradării fotocatalitice. Prezintă avantaje semnificative în ceea ce privește anti-încrustare, stabilitate și auto-curățare. Această tehnologie oferă o soluție durabilă pentru tratarea în profunzime a apelor uzate cu ulei de palmier și oferă o referință importantă pentru proiectarea și aplicarea membranelor fotocatalitice pe bază de ceramică-.