Britanski raziskovalci so razvili keramično membrano iz votlih vlaken v kombinaciji s fotokatalitično oksidacijo za čiščenje odpadne vode rastlin palmovega olja. Industrija palmovega olja je steber svetovnega kmetijstva, vendar ima odpadna voda rastlin palmovega olja (POME), proizvedena med proizvodnjo, visoko organsko obremenitev in globoko barvo, zaradi česar tradicionalne biološke in fizikalno-kemične obdelave ne zadostujejo za izpolnjevanje standardov. Neposredni izpusti bi povzročili evtrofikacijo in ekološko škodo. Raziskovalci so razvili TiO₂-vgrajeno dvoslojno-slojno mulitno keramično membrano iz votlih vlaken za reševanje težav globoke obdelave POME in umazanije na membrani.
I. Načrt eksperimenta in metoda priprave
1.Materiali in struktura: notranja plast je čisti mulit, ki zagotavlja mehansko podporo in filtrirni substrat; zunanja plast je mulit + 1~4 mas.% TiO₂, ki daje fotokatalitično aktivnost.
2. Postopek priprave: uporabljena je metoda fazne transformacije + so-sintranja. Sintranje pri 1350 stopinjah odpravlja problem dvojno-slojnega razslojevanja, struktura votlih vlaken pa je pripravljena s ko-ekstrudijskim oblikovanjem.
3. Podatki o membrani: končna debelina membrane (po sintranju): eno-plastna membrana (SL): 900 μm, dvoslojna membrana: 1090–1310 μm; Dolžina membrane, uporabljena za testiranje: 10 cm za testiranje fotokatalize, 7 cm za testiranje prekinitve pretoka/zadrževanja.
II. Rezultati raziskave
1. Korelacija med strukturo in zmogljivostjo: Dvoslojna membrana kaže tesno vez brez razslojevanja in TiO₂ je uspešno obremenjen, pri čemer se vsebnost Ti poveča na 3,76 % z naraščajočim dodatkom. 3 ut. % TiO₂ (DL3) kaže najvišjo upogibno trdnost (16,34 MPa) in najboljšo mehansko stabilnost; 4 mas. % TiO₂ (DL4) ima najmanjšo velikost por (28,25 nm), ki spada v stopnjo ultrafiltracije. Nalaganje TiO₂ zmanjša poroznost in pretok čiste vode, vendar znatno izboljša protiobraščanje in stabilnost pretoka.
2. Ločevanje in fotokatalitični učinki: Dvoslojna membrana je veliko boljša od eno-slojne membrane s stopnjo zadrževanja DL₃ 54,50 % v primerjavi s samo 11,27 %–19,32 % za eno-slojno membrano.
- Odstranjevanje onesnaževal: DL4 se najbolje obnese pod UV-svetlobo, saj je dosegel stopnjo odstranjevanja COD 44,92 % in stopnjo odstranjevanja barve 52,40 % s pretokom 18,90 L/(m²・h・bar).
- Stabilnost in proti obraščanju: DL3 in DL4 sta pokazala znatno višjo stopnjo obnovitve toka (FRR) in indeks stabilnosti (SI), ki sta ostala stabilna tudi po treh ciklih, kar dokazuje izjemno učinkovitost samo-čiščenja.
- Enoslojne-membrane trpijo zaradi močnega umazanije in močnega padca pretoka, medtem ko dvo-slojne membrane znatno ublažijo umazanje membran zaradi TiO₂ fotokatalitske razgradnje onesnaževal.
III. Prednosti, slabosti in obeti za prihodnost
Inovativne prednosti
- Dvo{0}}slojna struktura uravnoteži mehansko trdnost, učinkovitost filtracije in fotokatalitično aktivnost ter rešuje problem ločevanja in pridobivanja TiO₂.
- Keramične membrane so odporne na kisline, alkalije in visoke temperature, zaradi česar so primernejše za uporabo v industrijskih odpadnih vodah kot polimerne membrane.
- Samočistilne-lastnosti zmanjšajo pogostost čiščenja.
Navodila za prihodnost
- Optimizirajte nalaganje TiO₂, temperaturo sintranja in velikost membranskih por za izboljšanje učinkovitosti razgradnje.
- Dopiranje z N in Zr razširi obseg fotoodziva, kar omogoča fotokatalizo v vidni svetlobi.
- Postopek izdelave je bil razširjen, izvedena sta bila pilot-in dolgoročno{1}}operativno preverjanje.
IV. Povzetek
TiO₂-vgrajena dvoslojna membrana iz mulitnih keramičnih votlih vlaken je bila uspešno pripravljena za čiščenje odpadne vode iz rastlin palmovega olja, pri čemer so bili doseženi sinergistični učinki filtracijskega ločevanja in fotokatalitske razgradnje. Izkazuje znatne prednosti pri-preprečevanju obraščanja, stabilnosti in samo-čiščenju. Ta tehnologija zagotavlja trajnostno rešitev za globinsko obdelavo odpadne vode palmovega olja in ponuja pomembno referenco za načrtovanje in uporabo fotokatalitskih membran na osnovi keramike-.