Web of Science (SCI) недавно добавил 5 статей, посвященных очистке воды с керамическим мембраном.
1. Преобразование отходов в фильтры для воды: мини--обзор керамических мембран из переработанных материалов
Журнал: Отходы
Глобальный водный кризис продолжает ухудшаться, а промышленные и муниципальные отходы продолжают накапливаться неустойчивым образом, что срочно требует инновационных решений, соответствующих концепции экономики замкнутого цикла. В этом обзоре рассматривается потенциал трансформации-керамических мембран на основе отходов-использования их в качестве устойчивой стратегии очистки воды для одновременного решения двойной проблемы: утилизации отходов и нехватки чистой воды. Традиционные керамические мембраны изготавливаются из неорганических материалов высокой-чистоты и известны своей превосходной стойкостью к химической коррозии, термической стабильностью и долговечностью. Недавние исследования показывают, что промышленные побочные продукты, такие как красный шлам, летучая зола, доменный шлак, пустая угольная порода и отходы печных валков, могут быть эффективно преобразованы в фильтрующие материалы, которые сочетают в себе низкую стоимость и высокую производительность. В этой статье систематически рассматриваются процесс подготовки, свойства материалов и показатели эффективности керамических мембран на основе отходов-, демонстрируя осуществимость этого подхода: преобразование промышленных отходов в функциональные фильтрующие материалы может не только уменьшить загрязнение окружающей среды, но и обеспечить надежную поддержку глобальной водной безопасности и устойчивого развития.
2. Керамическая мембрана из TiO₂/Al₂O₃, управляемая смачиваемостью поверхности,-фото-само-самоочистка для очистки нефтесодержащих сточных вод.
Журнал: ПОВЕРХНОСТИ И ИНТЕРФЕЙСЫ
Загрязнение мембраны и затухание потока во время-продолжительной фильтрации – это основные проблемы, с которыми сталкиваются мембранные-технологии разделения нефти-водной эмульсии. В ходе этого исследования была создана многофункциональная керамическая мембрана с гидрофильной проницаемостью, олеофобностью и фотокаталитическими свойствами самоочистки, позволяющая решить эти проблемы. Эту мембрану изготавливали путем капельного-нанесения нано-покрытия из диоксида титана (TiO₂) на пористую подложку из оксида алюминия (Al₂O₃) с последующим прокаливанием. Структурный, морфологический и композиционный анализ с использованием дифракции рентгеновских лучей (XRD), сканирующей электронной микроскопии (SEM), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) и элементного картирования подтвердил образование однородного и плотного тонкого слоя TiO₂ на поверхности Al₂O₃ без изменения кристаллической структуры подложки или закупорки пор.
Оценка смачиваемости поверхности мембраны Al₂O₃ с нано-TiO₂-покрытием показала супергидрофильные и суперолеофильные свойства на воздухе, проявляя при этом суперолеофобные свойства под водой. Такое уникальное поведение смачивания обусловлено высокой поверхностной энергией самого TiO₂ и синергетическим эффектом иерархической нано/микронной структуры шероховатости на поверхности мембраны.
Эксплуатационные испытания разделения масляно-водной эмульсии в системе фильтрации с перекрестным-потоком показали, что поток пермеата через мембрану увеличивается примерно линейно с увеличением рабочего давления, а эффективность разделения остается стабильной на уровне выше 99 % в диапазоне давлений 0,5–2 бар. Испытания на долгосрочную -стабильность после 840 минут непрерывной работы показали, что под воздействием органических (масляных) загрязнений поток пермеата снизился примерно до 70 % от исходного значения, но эффективность разделения существенно не колебалась. Что еще более важно, используя внутренние свойства фотокаталитической самоочистки TiO₂, всего 45 минут УФ-облучения потребовались для эффективного разложения накопленных органических загрязнителей на поверхности мембраны, восстанавливая поток примерно до 90% от его первоначального значения.
3. Регенерация воды для стирки с использованием устойчивой керамической мембраны из отходов мраморной пыли: эффективность, анализ загрязнения.
Журнал: Экологические исследования
Ускоренная урбанизация и быстрое развитие развивающихся стран привели к чрезмерной-эксплуатации водных ресурсов. Хотя на сельское хозяйство и промышленность приходится более 60 % общего потребления воды, использование воды в бытовых целях также является важным источником сточных вод.-почти 50–80 % сбрасываемых сточных вод приходится на бытовую деятельность. Продолжающийся рост населения и урбанизация напрямую повышают спрос на услуги прачечной, что приводит к образованию значительного количества сточных вод для стирки.
В этом исследовании используется экологически чистая керамическая мембрана, изготовленная из отходов мраморной пыли, для очистки сточных вод прачечной в сочетании с гравитационной-тупиковой-системой фильтрации, что приводит к низкой общей стоимости процесса. Эффективность мембраны оценивалась по двум параметрам: удаление загрязняющих веществ и способность к предотвращению обрастания. При работе при низком-давлении всего 0,05 бар мембрана достигла степени удаления 88 % по химической потребности в кислороде (ХПК), 98 % по микропластику (МП) и 99 % по мутности. Концентрации ХПК и МП в сырой воде составляли 1265 мг/л и 2,88 × 10⁶ частиц/л соответственно; после лечения ХПК снизился до 145 мг/л, что соответствует стандартам приемлемости для не-питьевого использования. В то же время мембрана продемонстрировала отличные противообрастающие свойства: степень восстановления флюса (FRR) составила 81%.
Анализ механизма загрязнения показал, что в мембранном загрязнении преобладает совокупный эффект полной закупорки пор и фильтрации осадка. Эта мембрана сочетает в себе высокую эффективность удаления загрязняющих веществ с отличными противообрастающими свойствами, что делает ее идеальной для очистки сточных вод прачечных, а добываемую воду можно напрямую повторно использовать в не-питьевых целях.
4. Дезинфекция светодиодами УФ-C устойчивых к антибиотикам- Escherichia coli в воде: интеграция с керамической мембранной фильтрацией.
Журнал: ПРОЦЕССЫ
Распространение устойчивости к антибиотикам стало глобальной проблемой, угрожающей общественному здоровью и безопасности экосистем. Разработка новых технологий дезинфекции является важным направлением решения этой проблемы. В этом исследовании использовались диоды, излучающие глубокий ультрафиолетовый-диод (светодиоды УФ-C), чтобы подтвердить инактивацию устойчивой к антибиотикам- Escherichia coli, выделенной из реальной-водной среды (включая морскую воду, поверхностные воды и очищенную городскую очищенную воду).
В эксперименте были выбраны две типичные длины волн УФ-C, 255 нм и 265 нм, и применены дозы УФ-облучения 1–7 мДж/см² к фосфатным буферным растворам, инокулированным смешанной бактериальной культурой 10 штаммов E. coli. Результаты показали, что при дозе облучения 2 мДж/см² обе длины волн достигают примерно пяти порядков величины логарифмической инактивации бактерий. Наблюдение с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) не выявило значительных изменений в морфологии бактерий после УФ-облучения, но наблюдалось количественное обнаружение образования димеров пиримидина.-Приблизительно 40 нг/мл димеров циклобутанпиримидина было произведено на обеих длинах волн при дозе 2 мДж/см², что подтверждает, что повреждение ДНК было основным механизмом инактивации.
В ходе исследования также была проверена эффективность очистки воды плоской пластинчатой керамической мембраной из карбида кремния: средний уровень отторжения как общих колиформ, так и E. coli достиг 99,9%. В сочетании с технологией светодиодов УФ-C и технологией керамических мембран можно достичь глубокой дезинфекции мембранного концентрата со степенью инактивации 99,985% или выше, что полностью демонстрирует потенциал применения этой комбинации технологий в области эффективной дезинфекции воды. Изображение
5. Эффективность нано-галлоизитовых керамических мембран в удалении свинца из загрязненной воды.
Журнал: Водная наука и технологии
В ходе этого исследования были подготовлены керамические нанокомпозитные мембраны, легированные нанотрубками галлуазита (HNT) и наночастицами четырехокиси марганца (Mn₃O₄), и систематически оценивалась их эффективность удаления свинца в воде. Шесть типов керамических нанокомпозитных мембран были приготовлены путем регулирования содержания HNT (75, 80, 85 мас.%) и температуры спекания (900, 1000 градусов), сохраняя при этом постоянную добавку клинкера (8 мас.%) и легирование Mn₃O₄.
Результаты испытаний на водный поток показали, что мембрана H85-900 (содержащая 85% HNT, спеченная при 900 градусах) имела наилучшую проницаемость с потоком 390 л/(м²·ч) при давлении 5 бар. При испытаниях синтезированных свинцовосодержащих водных растворов мембрана Н80-1000 (содержащая 80% ГНТ, спеченная при 1000 градусах) показала наибольшую скорость удаления свинца, достигнув 99,84%. В реальных испытаниях на воздействие грунтовых вод эта мембрана продемонстрировала высокую эффективность удаления — 99,16%.
В этом исследовании были синтезированы наночастицы Mn₃O₄ с использованием метода со-осаждения и проведена многомерная характеристика: сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) показала однородную кристаллизацию частиц размером 30–40 нм; Рентгенофлуоресцентная спектроскопия (РФА) подтвердила чистоту Mn₃O₄ 95,2%; Дифракция рентгеновских лучей (XRD) показала тетрагональную кристаллическую систему; и УФ--Вид-спектроскопия показала характерные пики поглощения при 220 нм (перенос заряда O²⁻-Mn²⁺/Mn³⁺) и 350 нм (переход кристаллического поля d-d). Эти результаты показывают, что керамические мембраны с использованием галлуазита местного производства имеют хороший потенциал применения в области восстановления тяжелых металлов при очистке воды.
