วิธีการปรับปรุงความสามารถในการไฮโดรฟิลิกของเยื่อหุ้มเส้นใยกลวงสำหรับ MBR?

ในฐานะซัพพลายเออร์ของเยื่อหุ้มเส้นใยกลวงสำหรับ MBR ฉันได้เห็นบทบาทที่สำคัญที่เยื่อหุ้มเซลล์มีบทบาทในการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรน (MBRS) Hydrophilicity ความสามารถของวัสดุในการโต้ตอบกับโมเลกุลของน้ำส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานที่ยาวนานของเยื่อหุ้มเส้นใยกลวงในการใช้งาน MBR ในโพสต์บล็อกนี้ฉันจะแบ่งปันกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพเพื่อเพิ่มความสามารถในการไฮโดรฟิลิตี้ของเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้โดยใช้ประสบการณ์ของฉันในอุตสาหกรรม

ทำความเข้าใจถึงความสำคัญของการชอบน้ำใน MBRS

ก่อนที่จะเจาะลึกลงไปในวิธีการปรับปรุงความชอบน้ำมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจว่าทำไมมันถึงสำคัญใน MBRS MBRs มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดน้ำเสียเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงในการแยกของแข็งออกจากของเหลว เยื่อหุ้มเส้นใยกลวงทำหน้าที่เป็นอุปสรรคทางกายภาพที่ช่วยให้น้ำผ่านในขณะที่ยังคงอยู่ในของแข็งที่แขวนลอยแบคทีเรียและสารปนเปื้อนอื่น ๆ

เยื่อหุ้มเซลล์ที่ชอบน้ำมีข้อได้เปรียบหลายประการมากกว่าช่องที่ไม่ชอบน้ำในการใช้งาน MBR ประการแรกพวกเขามีแนวโน้มที่ต่ำกว่าที่จะเหม็น การเปรอะเปื้อนเกิดขึ้นเมื่อสารปนเปื้อนสะสมบนพื้นผิวเมมเบรนหรือภายในรูขุมขนลดการซึมผ่านของเมมเบรนและเพิ่มพลังงานที่จำเป็นสำหรับการกรอง เยื่อหุ้มเซลล์ที่ชอบน้ำดึงดูดโมเลกุลของน้ำก่อตัวเป็นชั้นน้ำบาง ๆ บนพื้นผิวที่ทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่นป้องกันการยึดเกาะของกติกา

ประการที่สองโดยทั่วไปเยื่อหุ้มน้ำที่ชอบน้ำจะมีการไหลของน้ำสูงขึ้น ฟลักซ์น้ำคือปริมาตรของน้ำที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ต่อพื้นที่และเวลา ความสัมพันธ์ของเยื่อหุ้มน้ำที่ชอบน้ำสำหรับน้ำช่วยให้การขนส่งทางน้ำได้ง่ายขึ้นทั่วเมมเบรนส่งผลให้อัตราการกรองสูงขึ้น

กลยุทธ์ในการปรับปรุงการชอบน้ำ

การดัดแปลงพื้นผิว

หนึ่งในวิธีที่พบบ่อยที่สุดในการปรับปรุงความสามารถในการไฮโดรฟิลิติกของเยื่อหุ้มเส้นใยกลวงคือการปรับเปลี่ยนพื้นผิว วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีหรือโครงสร้างทางกายภาพของพื้นผิวเมมเบรนเพื่อเพิ่มความสัมพันธ์กับน้ำ

• การต่อกิ่งสารเคมี: การปลูกถ่ายอวัยวะทางเคมีเป็นเทคนิคที่กลุ่มการทำงานของ hydrophilic ถูกผูกมัดโควาเลนต์กับพื้นผิวเมมเบรน ตัวอย่างเช่นโพลีเมอร์ที่มีไฮดรอกซิล (-OH), คาร์บอกซิล (-COOH) หรือกลุ่มกรดซัลโฟนิก (-SO₃H) สามารถกราฟต์ลงบนพื้นผิวเมมเบรน กลุ่มการทำงานเหล่านี้มีความสัมพันธ์ที่ดีสำหรับโมเลกุลของน้ำเพิ่มความสามารถในการไฮโดรฟิลิตี้ของเมมเบรน [1]

• การรักษาด้วยพลาสมา: การรักษาด้วยพลาสมาเป็นวิธีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวทางกายภาพที่ใช้พลาสมาอุณหภูมิต่ำเพื่อเปิดใช้งานพื้นผิวเมมเบรน พลาสมามีสปีชีส์ที่มีปฏิกิริยาสูงเช่นไอออนอนุมูลและอิเล็กตรอนที่สามารถทำลายพันธะเคมีบนพื้นผิวเมมเบรนและแนะนำกลุ่มการทำงานใหม่ ตัวอย่างเช่นการรักษาด้วยออกซิเจนในพลาสมาสามารถแนะนำกลุ่มการทำงานที่มีออกซิเจนเช่นกลุ่มไฮดรอกซิลและคาร์บอนิลเพิ่มความสามารถในการไฮโดรฟิลิตี้ของเยื่อหุ้มเซลล์ [2]

• การเคลือบ: การเคลือบพื้นผิวเมมเบรนด้วยโพลีเมอร์ที่ชอบน้ำเป็นอีกวิธีหนึ่งที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงการไฮโดรฟิลิตี้ โพลีเมอร์ที่ชอบน้ำเช่นโพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA), โพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) หรือไคโตซานสามารถใช้เป็นชั้นบาง ๆ บนพื้นผิวเมมเบรน โพลีเมอร์เหล่านี้ก่อให้เกิดอุปสรรคที่ชอบน้ำซึ่งช่วยลดการเปรอะเปื้อนและเพิ่มการไหลของน้ำ [3]

ผสมผสานการเตรียมเมมเบรน

การเตรียมการผสมผสานเมมเบรนเกี่ยวข้องกับการผสมโพลิเมอร์ที่ไม่ชอบน้ำซึ่งมักใช้เป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับเยื่อหุ้มเส้นใยกลวงกับพอลิเมอร์ที่ชอบน้ำในระหว่างกระบวนการผลิตเมมเบรน โพลีเมอร์ที่ชอบน้ำภายในเมทริกซ์โพลิเมอร์ที่ไม่ชอบน้ำสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีความสามารถในการ hydrophilicity ที่ดีขึ้น

• การเลือกพอลิเมอร์: เมื่อเตรียมเมมเบรนผสมผสานมันเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกโพลีเมอร์ที่เข้ากันได้ โพลีเมอร์ที่ชอบน้ำควรมีความสามารถในการผสมที่ดีกับพอลิเมอร์ที่ไม่ชอบน้ำเพื่อให้แน่ใจว่ามีการผสมผสานที่เป็นเนื้อเดียวกัน ตัวอย่างเช่นการผสม polyvinylidene fluoride (PVDF) ซึ่งเป็นโพลีเมอร์ที่ไม่ชอบน้ำที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเยื่อหุ้มเส้นใยกลวงด้วยโพลีไวนิลพีโรลลิโดน (PVP) ซึ่งเป็นโพลีเมอร์ที่ชอบน้ำ [4]

• การเพิ่มประสิทธิภาพอัตราส่วนผสมผสาน: อัตราส่วนของโพลีเมอร์ที่ไม่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำในการผสมผสานมีผลต่อคุณสมบัติของเมมเบรน สัดส่วนที่สูงขึ้นของโพลีเมอร์ที่ชอบน้ำโดยทั่วไปจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของน้ำและการไหลของน้ำ อย่างไรก็ตามพอลิเมอร์ที่ชอบน้ำมากเกินไปอาจส่งผลต่อความแข็งแรงเชิงกลของเมมเบรน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพอัตราส่วนการผสมผสานเพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างความชอบน้ำและประสิทธิภาพเชิงกล

การรวมตัวกันของวัสดุนาโน

การผสมผสานวัสดุนาโนลงในเมทริกซ์เมมเบรนเป็นวิธีการที่ค่อนข้างใหม่ในการปรับปรุงความสามารถในการไฮโดรฟิลิติกของเยื่อหุ้มเส้นใยกลวง วัสดุนาโนมีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์เช่นพื้นที่ผิวสูงและพลังงานพื้นผิวซึ่งสามารถเพิ่มปฏิสัมพันธ์ของเมมเบรนกับโมเลกุลของน้ำ

• อนุภาคนาโนออกไซด์โลหะ: อนุภาคนาโนออกไซด์ออกไซด์เช่นไทเทเนียมไดออกไซด์ (TIO₂), สังกะสีออกไซด์ (ZnO) และซิลิกา (SIO₂) สามารถเพิ่มลงในสารละลายเมมเบรนยาเสพติดในระหว่างกระบวนการผลิต อนุภาคนาโนเหล่านี้สามารถเพิ่มความชอบน้ำของเยื่อหุ้มเซลล์โดยการจัดหาไซต์ที่ชอบน้ำเพิ่มเติมบนพื้นผิวเมมเบรน ตัวอย่างเช่นอนุภาคนาโนTio₂มีความสัมพันธ์สูงสำหรับน้ำเนื่องจากการปรากฏตัวของกลุ่มไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของพวกเขา [5]

• ท่อนาโนคาร์บอน (CNTs): CNTs มีคุณสมบัติเชิงกลและไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมเช่นเดียวกับพื้นที่ผิวที่สูง การรวม CNTs เข้ากับเมทริกซ์เมมเบรนสามารถปรับปรุงความสามารถในการซึมเศร้าและการซึมผ่านของเมมเบรน โครงสร้างกลวงของ CNTs ช่วยให้การขนส่งน้ำอย่างรวดเร็วในขณะที่พื้นผิวของพวกเขาสามารถทำงานได้กับกลุ่มที่ชอบน้ำเพื่อเพิ่มปฏิสัมพันธ์กับน้ำ [6]

กรณีศึกษา

เพื่อแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของกลยุทธ์เหล่านี้ลองดูกรณีศึกษาบางกรณี

• เมมเบรนดัดแปลงพื้นผิวในการบำบัดน้ำชะ: ในโครงการบำบัดน้ำชะขยะฝังกลบใช้เยื่อหุ้มกลวงกลวงที่ดัดแปลงจากพื้นผิวในระบบ MBR เยื่อหุ้มเซลล์ได้รับการรักษาด้วยพลาสมาออกซิเจนเพื่อแนะนำกลุ่มการทำงานที่ชอบน้ำบนพื้นผิว ผลการวิจัยพบว่าการลดลงอย่างมีนัยสำคัญในการเปรอะเปื้อนเมื่อเทียบกับเยื่อหุ้มที่ไม่ได้รับการรักษาซึ่งนำไปสู่อายุการใช้งานเมมเบรนที่ยาวนานขึ้นและต้นทุนการดำเนินงานที่ลดลง

• ผสมเมมเบรนสำหรับการบำบัดน้ำเสีย: เมมเบรนผสมผสานที่เตรียมโดยการผสม PVDF และ PVP ถูกนำมาใช้ในโรงบำบัดน้ำเสีย เมมเบรนผสมผสานมีฟลักซ์น้ำที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพการต่อต้านการผสมที่ดีกว่าเมมเบรน PVDF บริสุทธิ์ ส่วนประกอบ PVP ที่ชอบน้ำในเมมเบรนผสมดึงดูดโมเลกุลของน้ำป้องกันการยึดเกาะของกติกาและรักษาอัตราการกรองที่สูง

บทสรุป

การปรับปรุงความชอบน้ำของเยื่อหุ้มเส้นใยกลวงสำหรับ MBRS เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในการบำบัดน้ำเสีย การปรับเปลี่ยนพื้นผิวการเตรียมเมมเบรนผสมผสานและการรวมตัวกันของวัสดุนาโนเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มความสัมพันธ์ของเมมเบรนต่อน้ำลดการปนเปื้อนและปรับปรุงการไหลของน้ำ

เป็นซัพพลายเออร์ของเยื่อหุ้มเส้นใยกลวงสำหรับ MBRเรามุ่งมั่นที่จะจัดหาเยื่อหุ้มคุณภาพสูงด้วยการชอบน้ำที่ยอดเยี่ยม เยื่อหุ้มเซลล์ของเราได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของลูกค้าของเราในแอพพลิเคชั่นบำบัดน้ำเสียต่างๆ หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของเราหรือหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดเฉพาะของคุณโปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเราสำหรับการจัดซื้อและการเจรจาต่อรอง

การอ้างอิง

[1] Zhao, X. , & Shi, X. (2015) การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของเมมเบรน Polyvinylidene Fluoride (PVDF) - การทบทวน วารสารวิศวกรรมเคมี, 261, 1-12
[2] Lee, HK, & Park, HB (2012) การปรับเปลี่ยนพื้นผิวพลาสมาของเยื่อหุ้มเซลล์ PVDF เพื่อการปรับปรุงการเปียกน้ำและคุณสมบัติต่อต้านการผสม วารสารวิทยาศาสตร์เมมเบรน 403-404, 128-135
[3] Zhang, X. , & Chen, V. (2010) การทบทวนของเมมเบรนเมมเบรน วารสารวิทยาศาสตร์เมมเบรน, 362 (1-2), 1-16
[4] Li, X. , & Matsuura, T. (2006) การเตรียมและการจำแนกลักษณะของเมมเบรนผสม PVDF/PVP ที่มีประสิทธิภาพสูง วารสารวิทยาศาสตร์เมมเบรน, 278 (1-2), 36-44
[5] Wang, Y. , & Wang, J. (2013) การเตรียมและประสิทธิภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ PVDF/TIO₂คอมโพสิต วารสารวิทยาศาสตร์เมมเบรน, 440, 121-128
[6] Liu, X. , & Zhang, L. (2014) คาร์บอนนาโนทิวบ์/โพลิเมอร์คอมโพสิตสำหรับการทำให้บริสุทธิ์น้ำ วารสารเคมีวัสดุ A, 2 (40), 16823-16837