Britiske forskere har udviklet en keramisk hulfibermembran kombineret med fotokatalytisk oxidation til behandling af palmeolieplantespildevand. Palmeolieindustrien er en søjle i globalt landbrug, men palmeolieplantespildevandet (POME), der produceres under produktionen, har en høj organisk belastning og dyb farve, hvilket gør traditionelle biologiske og fysisk-kemiske behandlinger utilstrækkelige til at opfylde standarderne. Direkte udledning vil føre til eutrofiering og økologiske skader. Forskere har udviklet en TiO₂-indlejret dobbelt-mullit keramisk hulfibermembran til at løse problemerne med dyb POME-behandling og membranbegroning.
I. Eksperimentel design og forberedelsesmetode
1. Materialer og struktur: Det indre lag er ren mullit, der giver mekanisk støtte og et filtreringssubstrat; det ydre lag er mullit + 1~4 vægt% TiO₂, hvilket bibringer fotokatalytisk aktivitet.
2.Forberedelsesproces: Der anvendes en fasetransformation + co-sintringsmetode. Sintring ved 1350 grader eliminerer problemet med dobbelt-lagsdelaminering, og hulfiberstrukturen fremstilles ved co-ekstruderingsstøbning.
3.Membrandata: Færdig membrantykkelse (efter sintring): Enkelt-lagsmembran (SL): 900 μm, Dobbeltlagsmembran: 1090-1310 μm; Membranlængde brugt til test: 10 cm til fotokatalysetestning, 7 cm til flux/retention cutoff test.
II. Forskningsresultater
1. Struktur- og ydeevnekorrelation: Dobbeltlagsmembranen udviser tæt binding uden delaminering, og TiO₂ indlæses med succes, hvor Ti-indholdet stiger til 3,76 % med stigende tilsætning . 3 vægt-% TiO₂ (DL3) viser den højeste bøjningsstyrke (16,34 MPa) og den bedste mekaniske stabilitet; 4 vægt% TiO2 (DL4) har den mindste porestørrelse (28,25 nm), der hører til ultrafiltreringsniveauet. TiO₂-belastning reducerer porøsitet og rent vandflux, men forbedrer antifouling og fluxstabilitet markant.
2. Separation og fotokatalytiske effekter: Dobbeltlagsmembranen er langt bedre end enkeltlagsmembranen med en DL₃-retentionsrate på 54,50 % sammenlignet med kun 11,27 %-19,32 % for enkeltlagsmembranen.
- Forureningsfjernelse: DL4 klarede sig bedst under UV-lys og opnåede en COD-fjernelseshastighed på 44,92 % og en farvefjernelseshastighed på 52,40 %, med en flux på 18,90 L/(m²・h・bar).
- Stabilitet og antifouling: DL3 og DL4 viste signifikant højere fluxgenvindingsrate (FRR) og stabilitetsindeks (SI), forblev stabile selv efter tre cyklusser, hvilket demonstrerede enestående -selvrensende ydeevne.
- Enkelt-lagsmembraner lider af alvorlig begroning og et kraftigt fald i flux, mens dobbelt-lagsmembraner afhjælper membranbegroning betydeligt på grund af TiO₂ fotokatalytisk nedbrydning af forurenende stoffer.
III. Fordele, ulemper og fremtidsudsigter
Innovative fordele
- Den dobbelte-lagsstruktur balancerer mekanisk styrke, filtreringsydelse og fotokatalytisk aktivitet, hvilket løser problemet med TiO₂-separation og -genvinding.
- Keramiske membraner er modstandsdygtige over for syrer, baser og høje temperaturer, hvilket gør dem mere velegnede til industrielle spildevandsapplikationer end polymermembraner.
- Selv-rensende egenskaber reducerer rengøringsfrekvensen.
Fremtidige retninger
- Optimer TiO₂-belastning, sintringstemperatur og membranporestørrelse for at forbedre nedbrydningseffektiviteten.
- Doping med N og Zr udvider fotoresponsområdet, hvilket muliggør fotokatalyse af synligt lys.
- Fremstillingsprocessen blev opskaleret, og pilot-skala og lang- operationel verifikation blev udført.
IV. Oversigt
En TiO₂-indlejret tolags mullit keramisk hulfibermembran blev med succes forberedt til behandling af palmeolieplantespildevand, hvilket opnåede synergistiske effekter af filtreringsseparation og fotokatalytisk nedbrydning. Det udviser betydelige fordele med hensyn til-begroning, stabilitet og selvrensende-. Denne teknologi giver en bæredygtig løsning til dybdebehandling af palmeoliespildevand og tilbyder en vigtig reference til design og anvendelse af keramiske-baserede fotokatalytiske membraner.