Britanski istraživači razvili su keramičku membranu od šupljih vlakana u kombinaciji sa fotokatalitičkom oksidacijom za tretman otpadnih voda biljaka palminog ulja. Industrija palminog ulja je stub globalne poljoprivrede, ali otpadna voda biljaka palminog ulja (POME) proizvedena tokom proizvodnje ima veliko organsko opterećenje i duboku boju, zbog čega tradicionalni biološki i fizičko-hemijski tretmani nisu dovoljni za ispunjavanje standarda. Direktno ispuštanje bi dovelo do eutrofikacije i ekološke štete. Istraživači su razvili TiO₂-ugrađenu dvoslojnu-mullitnu keramičku membranu od šupljih vlakana za rješavanje problema dubokog tretmana POME-om i onečišćenja membrane.
I. Eksperimentalni dizajn i metoda pripreme
1. Materijali i struktura: Unutrašnji sloj je čisti mulit, pruža mehaničku podršku i podlogu za filtraciju; vanjski sloj je mulit + 1~4 wt% TiO₂, koji daje fotokatalitičku aktivnost.
2. Proces pripreme: Koristi se metoda fazne transformacije + ko-sinterovanje. Sinterovanjem na 1350 stepeni eliminiše se problem dvoslojnog raslojavanja, a struktura šupljih vlakana se priprema ko-koekstruzionim kalupom.
3. Podaci o membrani: Debljina gotove membrane (nakon sinterovanja): Jednoslojna membrana (SL): 900 μm, Dvoslojna membrana: 1090–1310 μm; Dužina membrane koja se koristi za testiranje: 10 cm za ispitivanje fotokatalize, 7 cm za ispitivanje granične vrijednosti fluksa/retencije.
II. Rezultati istraživanja
1. Korelacija strukture i performansi: Dvoslojna membrana pokazuje čvrsto vezivanje bez raslojavanja, a TiO₂ se uspješno opterećuje, pri čemu se sadržaj Ti povećava na 3,76% s povećanjem dodatka. 3 wt% TiO₂ (DL3) pokazuje najveću čvrstoću na savijanje (16,34 MPa) i najbolju mehaničku stabilnost; 4 wt% TiO₂ (DL4) ima najmanju veličinu pora (28,25 nm), što pripada nivou ultrafiltracije. Punjenje TiO₂ smanjuje poroznost i protok čiste vode, ali značajno poboljšava antivegetativnost i stabilnost toka.
2. Separacija i fotokatalitički efekti: Dvoslojna membrana je daleko superiornija od jednoslojne membrane-, sa stopom zadržavanja DL₃ od 54,50%, u poređenju sa samo 11,27%–19,32% za jednoslojnu membranu-.
- Uklanjanje zagađivača: DL4 se najbolje pokazao pod UV svjetlom, postigavši stopu uklanjanja COD-a od 44,92% i stopu uklanjanja boje od 52,40%, sa protokom od 18,90 L/(m²・h・bar).
- Stabilnost i antivegetativnost: DL3 i DL4 su pokazali značajno veću stopu obnavljanja toka (FRR) i indeks stabilnosti (SI), ostajući stabilni čak i nakon tri ciklusa, pokazujući izvanredne performanse samočišćenja.
- Jednoslojne membrane pate od jakog onečišćenja i oštrog pada protoka, dok dvoslojne membrane značajno ublažavaju onečišćenje membrane zbog TiO₂ fotokatalitičke degradacije zagađivača.
III. Prednosti, nedostaci i budući izgledi
Inovativne prednosti
- Dvoslojna -struktura balansira mehaničku čvrstoću, performanse filtracije i fotokatalitičku aktivnost, rješavajući problem odvajanja i oporavka TiO₂.
- Keramičke membrane su otporne na kiseline, alkalije i visoke temperature, što ih čini pogodnijim za primjenu industrijskih otpadnih voda od polimernih membrana.
- Svojstva{0}}samočišćenja smanjuju učestalost čišćenja.
Future Directions
- Optimizirajte punjenje TiO₂, temperaturu sinterovanja i veličinu pora membrane kako biste poboljšali efikasnost razgradnje.
- Dopiranje sa N i Zr proširuje opseg fotoodgovora, omogućavajući fotokatalizu vidljivog svjetla.
- Proces izrade je proširen, a obavljene su pilot{0}}razmjere i dugoročna{1}}provjera rada.
IV. Rezime
Dvoslojna mulitna keramička membrana od šupljih vlakana ugrađena u TiO₂- uspješno je pripremljena za tretman otpadnih voda biljaka palminog ulja, postižući sinergističke efekte filtracijskog odvajanja i fotokatalitičke degradacije. Pokazuje značajne prednosti u pogledu protiv-zagađivanja, stabilnosti i samo-čišćenja. Ova tehnologija pruža održivo rješenje za dubinski tretman otpadnih voda od palminog ulja i nudi važnu referencu za dizajn i primjenu keramičkih fotokatalitičkih membrana{5}}.