Web of Science (SCI) dodało ostatnio 5 artykułów związanych z uzdatnianiem wody za pomocą membran ceramicznych.
1. Przekształcanie odpadów w filtry do wody: mini-przegląd membran ceramicznych z materiałów pochodzących z recyklingu
Dziennik: Odpady
Światowy kryzys wodny stale się pogłębia, a odpady przemysłowe i komunalne w dalszym ciągu gromadzą się w sposób niezrównoważony, co pilnie wymaga innowacyjnych rozwiązań zgodnych z koncepcją gospodarki o obiegu zamkniętym. W tym przeglądzie zbadano potencjał transformacyjny-membran ceramicznych na bazie odpadów-, wykorzystując je jako zrównoważoną strategię oczyszczania wody, aby jednocześnie stawić czoła podwójnym wyzwaniom związanym z wykorzystaniem zasobów odpadów i niedoborem czystej wody. Tradycyjne membrany ceramiczne są przygotowywane z materiałów nieorganicznych-o wysokiej czystości i są znane ze swojej doskonałej odporności na korozję chemiczną, stabilności termicznej i trwałości. Ostatnie badania pokazują, że przemysłowe produkty uboczne, takie jak czerwony szlam, popiół lotny, żużel wielkopiecowy, skała płonna i odpady z walców piecowych, można skutecznie przekształcić w materiały filtracyjne, które łączą niski koszt i wysoką wydajność. W tym artykule systematycznie dokonuje się przeglądu procesu przygotowania, właściwości materiałów i wskaźników wydajności membran ceramicznych-na bazie odpadów, wykazując wykonalność tego podejścia: przekształcanie odpadów przemysłowych w funkcjonalne materiały filtracyjne może nie tylko zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska, ale także zapewnić silne wsparcie dla światowego bezpieczeństwa wodnego i zrównoważonego rozwoju.
2. Oparta na zwilżalności powierzchni-foto{2}}samoczyszcząca-fotokatalityczna membrana ceramiczna TiO₂/Al₂O₃ do oczyszczania zaolejonych ścieków
Czasopismo: POWIERZCHNIE I INTERFEJSY
Zanieczyszczanie membran i zanik strumienia podczas-długoterminowej filtracji to główne wyzwania stojące przed technologiami separacji emulsji olejowych-wodnych i olejowych-membranowych. W ramach tego badania przygotowano wielofunkcyjną membranę ceramiczną o przepuszczalności hydrofilowej, oleofobowości i właściwościach fotokatalitycznych-samooczyszczania, aby złagodzić te problemy. Membranę tę przygotowano metodą kroplowania-powłoki z nano-tlenku tytanu (TiO₂) na porowatym podłożu z tlenku glinu (Al₂O₃), a następnie kalcynacji. Analizy strukturalne, morfologiczne i składu z wykorzystaniem-dyfrakcji promieni rentgenowskich (XRD), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM),-dyspersyjnej spektroskopii promieni X-energetycznej (EDX) i mapowania elementarnego potwierdziły utworzenie jednolitej i gęstej cienkiej warstwy TiO₂ na powierzchni Al₂O₃ bez zmiany struktury kryształu podłoża ani powodowania blokowania porów.
Charakterystyka zwilżalności powierzchni membrany Al₂O₃ pokrytej nano-TiO₂ ujawniła właściwości superhydrofilowe i superoleofilowe w powietrzu, natomiast pod wodą wykazywała właściwości superoleofobowe. To wyjątkowe zachowanie zwilżania wynika z wysokiej energii powierzchniowej samego TiO₂ i synergistycznego efektu hierarchicznej struktury chropowatości nano/mikronowej na powierzchni membrany.
Testy wydajności separacji emulsji olej-woda w systemie filtracji z przepływem krzyżowym-wykazały, że strumień permeatu membrany wzrasta w przybliżeniu liniowo wraz ze wzrostem ciśnienia roboczego, a skuteczność separacji pozostaje stabilna powyżej 99% w zakresie ciśnienia 0,5–2 bar. Długoterminowe-testy stabilności po 840 minutach ciągłej pracy wykazały, że pod wpływem zanieczyszczeń organicznych (olejem) strumień permeatu spadł do około 70% wartości początkowej, ale skuteczność separacji nie wahała się znacząco. Co ważniejsze, wykorzystując wewnętrzne fotokatalityczne właściwości-samooczyszczania TiO₂, wystarczyło 45 minut napromieniowania UV, aby skutecznie rozłożyć zanieczyszczenia organiczne zgromadzone na powierzchni membrany, przywracając strumień do około 90% wartości początkowej.
3. Odzyskiwanie wody do prania przy użyciu zrównoważonej membrany ceramicznej z odpadowego pyłu marmurowego: wydajność, analiza zanieczyszczeń
Czasopismo: Badania środowiskowe
Przyspieszona urbanizacja i szybki rozwój gospodarek wschodzących doprowadziły do nadmiernej-eksploatacji zasobów wodnych. Chociaż rolnictwo i przemysł odpowiadają za ponad 60% całkowitego zużycia wody, zużycie wody w budynkach mieszkalnych jest również znaczącym źródłem ścieków-prawie 50–80% odprowadzanych ścieków pochodzi z działalności gospodarstw domowych. Ciągły wzrost liczby ludności i urbanizacja bezpośrednio zwiększają popyt na pranie, powodując powstawanie znacznych ilości ścieków pralniczych.
W tym badaniu wykorzystano zrównoważoną membranę ceramiczną przygotowaną z odpadowego pyłu marmurowego do oczyszczania ścieków z pralni w połączeniu z systemem filtracji-napędzanej grawitacyjnie-od końca, co zapewnia niski całkowity koszt procesu. Wydajność membrany oceniano w oparciu o dwa wymiary: usuwanie zanieczyszczeń i zdolność przeciwporostową. Przy niskim-ciśnieniu wynoszącym zaledwie 0,05 bara membrana osiągnęła współczynnik usuwania wynoszący 88% w przypadku chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT), 98% w przypadku mikroplastików (MP) i 99% w przypadku zmętnienia. Stężenia ChZT i MP w wodzie surowej wynosiły odpowiednio 1265 mg/L i 2,88 × 10⁶ cząstek/L; po zabiegu ChZT spadło do 145 mg/l, spełniając standardy akceptacji dla użytku-nie nadającego się do picia. Jednocześnie membrana wykazała doskonałe działanie przeciwporostowe, ze współczynnikiem odzyskiwania topnika (FRR) wynoszącym 81%.
Analiza mechanizmu zarastania wykazała, że zanieczyszczanie membran było zdominowane przez połączone efekty całkowitego zablokowania porów i filtracji placka. Membrana ta łączy w sobie wysoką skuteczność usuwania zanieczyszczeń z doskonałymi właściwościami przeciwporostowymi, dzięki czemu idealnie nadaje się do oczyszczania ścieków z prania, a wytworzona woda nadaje się bezpośrednio do ponownego wykorzystania w-zastosowaniach niezdatnych do picia.
4. Dezynfekcja UV-C LED antybiotyków-opornych Escherichia coli w wodzie: integracja z filtracją z membraną ceramiczną
Czasopismo: PROCESY
Rozprzestrzenianie się oporności na antybiotyki stało się problemem globalnym zagrażającym zdrowiu publicznemu i bezpieczeństwu ekosystemów. Opracowywanie nowatorskich technologii dezynfekcji jest ważnym kierunkiem sprostania temu wyzwaniu. W badaniu tym wykorzystano diody elektroluminescencyjne-głębokiego ultrafioletu (diody UV-C) do sprawdzenia inaktywacji-opornej na antybiotyki Escherichia coli wyizolowanej z rzeczywistych-środowisk wodnych (w tym wody morskiej, wód powierzchniowych i uzdatnionej wody z odzysku komunalnego).
W eksperymencie wybrano dwie typowe długości fal UV-C, 255 nm i 265 nm, i zastosowano dawki promieniowania UV 1–7 mJ/cm² do roztworów buforu fosforanowego zaszczepionych mieszaną kulturą bakteryjną 10 szczepów E. coli. Wyniki wykazały, że przy dawce napromieniowania wynoszącej 2 mJ/cm² obie długości fal osiągnęły w przybliżeniu pięć rzędów wielkości logarytmicznej inaktywacji bakterii. Obserwacje za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) nie wykazały znaczących zmian w morfologii bakterii po napromieniowaniu UV, ale zaobserwowano ilościowe wykrycie tworzenia dimeru pirymidyny-wytworzono około 40 ng/ml dimerów cyklobutanopirymidyny przy obu długościach fal w dawce 2 mJ/cm², co potwierdza, że uszkodzenie DNA było głównym mechanizmem inaktywacji.
W badaniu przetestowano także skuteczność uzdatniania wody przez płaską membranę ceramiczną z węglika krzemu: średni współczynnik odrzucenia zarówno w przypadku bakterii z grupy coli, jak i E. coli, osiągnął 99,9%. W połączeniu z technologią UV-C LED i technologią membran ceramicznych można osiągnąć głęboką dezynfekcję koncentratu membranowego ze współczynnikiem inaktywacji wynoszącym 99,985% lub wyższym, co w pełni demonstruje potencjał zastosowania tej kombinacji technologii w dziedzinie skutecznej dezynfekcji wody. Obraz
5. Skuteczność membran ceramicznych z nano-haloizytu w usuwaniu ołowiu z zanieczyszczonej wody.
Czasopismo: Nauka i technologia wody
W ramach tego badania przygotowano ceramiczne membrany nanokompozytowe domieszkowane nanorurkami haloizytowymi (HNT) i nanocząsteczkami czterotlenku manganu (Mn₃O₄) i systematycznie oceniano ich skuteczność w usuwaniu ołowiu w wodzie. Przygotowano sześć typów membran z nanokompozytów ceramicznych, dostosowując zawartość HNT (75, 80, 85% mas.) i temperaturę spiekania (900, 1000 stopni), zachowując stały dodatek klinkieru (8% mas.) i domieszkę Mn₃O₄.
Wyniki testu strumienia wody wykazały, że najlepszą przepuszczalność miała membrana H85-900 (zawierająca 85% HNT, spiekana w temperaturze 900 stopni) przy przepływie 390 L/(m²·h) przy ciśnieniu 5 barów. W badaniach syntetyzowanych roztworów wodnych zawierających ołów, membrana H80-1000 (zawierająca 80% HNT, spiekana w temperaturze 1000 stopni) wykazała najwyższy stopień usuwania ołowiu, sięgający 99,84%. W rzeczywistych testach wzrostu poziomu wód gruntowych membrana ta zachowała wysoką skuteczność usuwania wynoszącą 99,16%.
W tym badaniu zsyntetyzowano nanocząstki Mn₃O₄ przy użyciu metody współ-strącania i przeprowadzono-wielowymiarową charakterystykę: Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) wykazała jednorodną krystalizację cząstek o wielkości 30–40 nm; Spektroskopia fluorescencyjna promieni rentgenowskich (XRF) potwierdziła czystość Mn₃O₄ wynoszącą 95,2%; Dyfrakcja promieni X-(XRD) wykazała tetragonalny układ kryształów; a spektroskopia UV-Vis wykazała charakterystyczne piki absorpcji przy 220 nm (przeniesienie ładunku O²⁻-Mn²⁺/Mn³⁺) i 350 nm (przejście pola krystalicznego d-d). Wyniki te pokazują, że membrany ceramiczne wykorzystujące haloizyt pozyskiwany lokalnie mają dobry potencjał zastosowania w dziedzinie rekultywacji metali ciężkich w uzdatnianiu wody.
