Britskí vedci vyvinuli membránu z keramických dutých vlákien kombinovanú s fotokatalytickou oxidáciou na čistenie odpadových vôd z rastlín palmového oleja. Odvetvie palmového oleja je pilierom globálneho poľnohospodárstva, ale odpadová voda z palmového oleja (POME) produkovaná počas výroby má vysoké organické zaťaženie a sýtu farbu, takže tradičné biologické a fyzikálno-chemické úpravy nepostačujú na splnenie noriem. Priame vypúšťanie by viedlo k eutrofizácii a ekologickým škodám. Výskumníci vyvinuli TiO₂-vsadenú dvojvrstvovú-mulitovú keramickú membránu z dutých vlákien, aby vyriešili problémy s hĺbkovou úpravou POME a znečistením membrány.
I. Návrh experimentu a spôsob prípravy
1.Materiály a štruktúra: Vnútorná vrstva je čistý mullit, ktorý poskytuje mechanickú podporu a filtračný substrát; vonkajšia vrstva je mullit + 1~4 % hmotn. TiO₂, ktorý dodáva fotokatalytickú aktivitu.
2. Proces prípravy: Používa sa metóda fázovej transformácie + ko{2}}spekania. Spekanie pri 1350 stupňoch odstraňuje problém s dvojvrstvovou delamináciou a štruktúra dutých vlákien sa pripravuje spoločným vytláčaním.
3. Údaje o membráne: Hrúbka hotovej membrány (po spekaní): Jednovrstvová membrána (SL): 900 μm, Dvojvrstvová membrána: 1090–1310 μm; Dĺžka membrány použitá na testovanie: 10 cm na testovanie fotokatalýzy, 7 cm na testovanie medzného toku/retencie.
II. Výsledky výskumu
1. Korelácia štruktúry a výkonu: Dvojvrstvová membrána vykazuje pevnú väzbu bez delaminácie a TiO₂ je úspešne zaťažený, pričom obsah Ti sa zvyšuje na 3,76 % so zvyšujúcim sa prídavkom . 3 % hm. TiO₂ (DL3) vykazuje najvyššiu pevnosť v ohybe (16,34 MPa) a najlepšiu mechanickú stabilitu; 4 % hmotn. Ti02 (DL4) má najmenšiu veľkosť pórov (28,25 nm), patriacu k úrovni ultrafiltrácie. Náplň TiO₂ znižuje pórovitosť a tok čistej vody, ale výrazne zlepšuje odolnosť proti znečisteniu a stabilitu toku.
2. Separačné a fotokatalytické účinky: Dvojvrstvová membrána je oveľa lepšia ako jednovrstvová membrána s mierou zadržania DL₃ 54,50 % v porovnaní s iba 11,27 % – 19,32 % pri jednovrstvovej membráne.
- Odstraňovanie znečisťujúcich látok: DL4 fungoval najlepšie pod UV svetlom, pričom dosiahol mieru odstránenia CHSK 44,92 % a mieru odstránenia farby 52,40 %, s prietokom 18,90 l/(m²・h・bar).
- Stabilita a ochrana proti znečisteniu: DL3 a DL4 vykazovali výrazne vyššiu rýchlosť obnovenia toku (FRR) a index stability (SI), pričom zostali stabilné aj po troch cykloch, čo preukázalo vynikajúci samočistiaci výkon.
- Jedno{0}}vrstvové membrány trpia silným znečistením a prudkým poklesom toku, zatiaľ čo dvojvrstvové membrány výrazne zmierňujú zanášanie membrán v dôsledku fotokatalytickej degradácie znečisťujúcich látok TiO₂.
III. Výhody, nevýhody a vyhliadky do budúcnosti
Inovatívne výhody
- Dvojitá-vrstvová štruktúra vyvažuje mechanickú pevnosť, filtračný výkon a fotokatalytickú aktivitu, čím rieši problém separácie a regenerácie TiO₂.
- Keramické membrány sú odolné voči kyselinám, zásadám a vysokým teplotám, vďaka čomu sú vhodnejšie pre aplikácie priemyselných odpadových vôd ako polymérové membrány.
- Samočistiace vlastnosti znižujú frekvenciu čistenia.
Budúce smery
- Optimalizujte zaťaženie TiO₂, teplotu spekania a veľkosť pórov membrány na zlepšenie účinnosti degradácie.
- Dopovanie N a Zr rozširuje rozsah fotoreakcie a umožňuje fotokatalýzu vo viditeľnom svetle.
- Proces výroby bol rozšírený a uskutočnilo sa pilotné-rozsahové a dlhodobé{1}}overenie prevádzky.
IV. Zhrnutie
Dvojvrstvová mullitová keramická membrána z dutých vlákien vložená do TiO₂{0}} bola úspešne pripravená na čistenie odpadových vôd z rastlín palmového oleja, čím sa dosiahli synergické efekty filtračnej separácie a fotokatalytickej degradácie. Vykazuje významné výhody v oblasti ochrany proti-zanášaniu, stabilite a samočistení-. Táto technológia poskytuje udržateľné riešenie pre hĺbkové čistenie odpadových vôd z palmového oleja a ponúka dôležité referencie pre návrh a aplikáciu keramických -fotokatalytických membrán.