Brytyjscy naukowcy opracowali ceramiczną membranę z pustych włókien w połączeniu z utlenianiem fotokatalitycznym do oczyszczania ścieków z roślin uprawiających olej palmowy. Przemysł oleju palmowego jest filarem światowego rolnictwa, ale ścieki z roślin uprawiających olej palmowy (POME) powstające podczas produkcji charakteryzują się dużą zawartością substancji organicznych i głębokim kolorem, co sprawia, że tradycyjne metody oczyszczania biologicznego i fizykochemicznego są niewystarczające do spełnienia standardów. Bezpośrednie zrzuty doprowadziłyby do eutrofizacji i szkód ekologicznych. Naukowcy opracowali dwuwarstwową membranę z mulitów ceramicznych z pustymi w środku TiO₂-osadzoną w środku TiO₂-dwuwarstwową{4}}, aby rozwiązać problemy związane z głęboką obróbką POME i zanieczyszczaniem membran.
I. Projekt eksperymentu i metoda przygotowania
1. Materiały i struktura: Warstwa wewnętrzna to czysty mulit, zapewniający wsparcie mechaniczne i podłoże filtracyjne; warstwa zewnętrzna to mulit + 1~4% wag. TiO₂, nadający aktywność fotokatalityczną.
2. Proces przygotowania: Stosuje się metodę przemiany fazowej i współ-spiekania. Spiekanie w temperaturze 1350 stopni eliminuje problem-rozwarstwiania podwójnej warstwy, a strukturę pustych włókien wytwarza się w procesie współ-formowania przez wytłaczanie.
3. Dane membrany: Grubość gotowej membrany (po spiekaniu): membrana jednowarstwowa-(SL): 900 μm, membrana dwuwarstwowa: 1090–1310 μm; Długość membrany użytej do testów: 10 cm do testów fotokatalizy, 7 cm do testów odcięcia strumienia/retencji.
II. Wyniki badań
1. Korelacja struktury i wydajności: Dwuwarstwowa membrana wykazuje ścisłe wiązanie bez rozwarstwiania, a TiO₂ jest pomyślnie ładowany, przy czym zawartość Ti wzrasta do 3,76% wraz ze wzrostem dodatku. 3% wag. TiO₂ (DL3) wykazuje najwyższą wytrzymałość na zginanie (16,34 MPa) i najlepszą stabilność mechaniczną; 4% wag. TiO₂ (DL4) ma najmniejszy rozmiar porów (28,25 nm), należący do poziomu ultrafiltracji. Obciążenie TiO₂ zmniejsza porowatość i przepływ czystej wody, ale znacznie poprawia właściwości przeciwporostowe i stabilność strumienia.
2. Separacja i efekty fotokatalityczne: Membrana dwuwarstwowa jest znacznie lepsza od membrany jednowarstwowej-, ze współczynnikiem retencji DL₃ wynoszącym 54,50% w porównaniu z zaledwie 11,27–19,32% w przypadku membrany jednowarstwowej-.
- Usuwanie zanieczyszczeń: DL4 działał najlepiej w świetle UV, osiągając współczynnik usuwania ChZT na poziomie 44,92% i współczynnik usuwania koloru na poziomie 52,40% przy strumieniu 18,90 l/(m²・h・bar).
- Stabilność i przeciwporostowość: DL3 i DL4 wykazały znacznie wyższy współczynnik odzyskiwania topnika (FRR) i wskaźnik stabilności (SI), pozostając stabilny nawet po trzech cyklach, wykazując wyjątkową skuteczność-samooczyszczania.
- W przypadku membran-jednowarstwowych występuje poważne zanieczyszczenie i gwałtowny spadek strumienia, podczas gdy membrany-dwuwarstwowe znacznie zmniejszają zanieczyszczenie membran w wyniku fotokatalitycznej degradacji TiO₂ substancji zanieczyszczających.
III. Zalety, wady i perspektywy na przyszłość
Innowacyjne zalety
- Dwuwarstwowa-struktura równoważy wytrzymałość mechaniczną, wydajność filtracji i aktywność fotokatalityczną, rozwiązując problem separacji i odzyskiwania TiO₂.
- Membrany ceramiczne są odporne na kwasy, zasady i wysokie temperatury, co czyni je bardziej odpowiednimi do zastosowań w ściekach przemysłowych niż membrany polimerowe.
- Właściwości samoczyszczące- zmniejszają częstotliwość czyszczenia.
Przyszłe kierunki
- Zoptymalizuj obciążenie TiO₂, temperaturę spiekania i wielkość porów membrany, aby poprawić wydajność degradacji.
- Domieszkowanie N i Zr poszerza zakres fotoreakcji, umożliwiając fotokatalizę w świetle widzialnym.
- Zwiększono skalę procesu produkcyjnego oraz przeprowadzono-skalę pilotażową i długoterminową-weryfikację operacyjną.
IV. Streszczenie
Z powodzeniem przygotowano dwuwarstwową membranę z mulitów z włókien ceramicznych z pustymi w środku TiO₂-do oczyszczania ścieków z zakładów produkujących olej palmowy, uzyskując synergiczne efekty separacji filtracyjnej i degradacji fotokatalitycznej. Wykazuje znaczące zalety w zakresie-przeciwporostowego, stabilności i samooczyszczania-. Technologia ta zapewnia zrównoważone rozwiązanie do głębokiego oczyszczania ścieków z oleju palmowego i stanowi ważne odniesienie przy projektowaniu i stosowaniu membran fotokatalitycznych-ceramicznych.