Революционная мембранная технология повышает очистку сточных вод и энергоэффективность

• Новый тип мембраны требует гораздо более низкого давления, чем стандартные мембраны, для фильтрации взвешенных частиц из воды.
• Она служит в 3 раза дольше и экономит в 2 раза больше энергии, чем обычные трансмембранные мембраны.

Техники очистки воды снижают концентрацию определенного вещества, такого как бактерии, грибы, вирусы, водоросли, паразиты и взвешенные частицы. Существует несколько физических, биологических и химических процессов, и за последние пару десятилетий мы используем электромагнитное излучение, такое как УФ-свет, для очистки воды.

Процесс фильтрации и обработки воды — для питьевой воды, химических и промышленных применений — составляет почти 13% общего потребления электроэнергии в США, что ежегодно выбрасывает в атмосферу 290 миллионов метрических тонн углекислого газа. Чтобы поставить это в контекст, это эквивалентно совокупному весу всех людей в мире.

Для очистки воды её обычно пропускают через мембру с крошечными порами. Размер этих пор достаточно мал, чтобы отфильтровывать примеси или частицы больше молекул воды. Поскольку эти мембраны склонны к «износу» из-за закупорки, они требуют более высоких напряжений для проталкивания молекул воды, и часто закупоренные мембраны нужно заменять, увеличивая стоимость водоочистки.

Теперь исследователи Гарвардского университета разработали новый тип мембраны, который требует гораздо более низкого давления, чем традиционные мембраны, для фильтрации взвешенных частиц из воды. Они называют её жидкостно- затворенными мембранами (LGMs). Она в 2 раза эффективнее (в терминах потребления энергии) и служит в 3 раза дольше существующих мембран.

LGMs могут использоваться в широком спектре настроек водообработки, снижая потребление электроэнергии и стоимость крупных промышленных процессов, включая бурение газа и нефти.

Как это работает?

Каждая жидкостно-затворенная мембрана покрыта специальной жидкостью, заполняющей и герметизирующей поры в «закрытой» фазе, служащей обратимыми воротами. Когда вы применяете давление (для фильтрации воды), жидкость внутри пор мембраны 끌려 к краям, образуя открытые поры, которые можно настроить для пропуска определенных газов или жидкостей.

Ссылка: AIP | doi:10.1063/1.5047480 | Гарвардский университет

Это предотвращает «износ» мембран благодаря скользкой поверхности жидкости. И поскольку LGMs способны разделять целевое вещество(а) из разных жидких смесей, они могут использоваться в промышленной обработке жидкостей.

Трансмембранное давление (TMP) для стандартных и затворенных мембран | Предоставлено исследователями

Для создания LGM исследователи насосали в крошечные диски (25 мм) обычной фильтрующей мембраны специальную смазочную жидкость, перфторполиэфир, которая использовалась в авиационной индустрии более 3 десятилетий.

Тестирование и применения

Исследователи смешали бентонитовый глин в воде и пропустили через поры LGMs, прилагая соответствующее давление. Затем сравнили результаты с обычными мембранами.

Жидкостно-затворенные мембраны показали признаки износа намного позже, чем обычные: они эффективно фильтровали воду в 3 раза дольше необработанных мембран перед необходимостью процесса ручного удаления веществ, накопленных на мембране. Также у них было на 60% меньше наноглины, собравшейся на мембране во время фильтрации.

Читать: Новый способ удаления загрязнителей из дождевой воды

Для инициации фильтрации LGMs требуют на 16% меньше давления, экономя больше энергии. Это может повысить скорость фильтрации механизмов водоочистки, используемых в различных отраслях, включая текстильную, нефтехимическую, биофармацевтическую производственную и пищевую переработку.