Britanski istraživači razvili su membranu od keramičkih šupljih vlakana u kombinaciji s fotokatalitičkom oksidacijom za obradu otpadnih voda biljaka palminog ulja. Industrija palminog ulja stup je globalne poljoprivrede, ali otpadna voda biljaka palminog ulja (POME) proizvedena tijekom proizvodnje ima visoko organsko opterećenje i duboku boju, zbog čega tradicionalni biološki i fizikalno-kemijski tretmani nisu dovoljni za ispunjavanje standarda. Izravno ispuštanje dovelo bi do eutrofikacije i ekološke štete. Istraživači su razvili TiO₂-ugrađenu dvostruko-slojnu membranu od keramičkih šupljih vlakana od mulita za rješavanje problema dubinske obrade POME i onečišćenja membrane.
I. Dizajn eksperimenta i metoda pripreme
1.Materijali i struktura: unutarnji sloj je čisti mulit, pruža mehaničku potporu i filtracijski supstrat; vanjski sloj je mulit + 1~4 wt% TiO₂, koji daje fotokatalitičku aktivnost.
2. Proces pripreme: koristi se metoda fazne transformacije + ko-sinteriranja. Sinteriranje na 1350 stupnjeva eliminira dvo-problem odvajanja slojeva, a struktura šupljih vlakana priprema se ko-ekstruzijskim kalupljenjem.
3. Podaci o membrani: Debljina gotove membrane (nakon sinteriranja): Jedno-slojna membrana (SL): 900 μm, dvoslojna membrana: 1090–1310 μm; Duljina membrane koja se koristi za ispitivanje: 10 cm za ispitivanje fotokatalize, 7 cm za ispitivanje prekida protoka/zadržavanja.
II. Rezultati istraživanja
1. Korelacija strukture i performansi: dvoslojna membrana pokazuje čvrsto vezivanje bez raslojavanja, a TiO₂ je uspješno opterećen, s povećanjem sadržaja Ti na 3,76% s povećanjem dodavanja. 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), koja pripada razini ultrafiltracije. Punjenje TiO₂ smanjuje poroznost i fluks čiste vode, ali značajno poboljšava antivegetativno djelovanje i stabilnost fluksa.
2. Odvajanje i fotokatalitički učinci: Dvoslojna membrana daleko je bolja od jedno-slojne membrane, sa stopom zadržavanja DL₃ od 54,50%, u usporedbi sa samo 11,27%–19,32% za jedno-slojnu membranu.
- Uklanjanje zagađivača: DL4 se najbolje pokazao pod UV svjetlom, postigavši stopu uklanjanja KPK od 44,92% i stopu uklanjanja boje od 52,40%, uz protok od 18,90 L/(m²・h・bar).
- Stabilnost i zaštita od obraštanja: DL3 i DL4 pokazali su značajno veću stopu oporavka protoka (FRR) i indeks stabilnosti (SI), ostajući stabilni čak i nakon tri ciklusa, pokazujući izvanredne performanse samo-čišćenja.
- Jedno-slojne membrane pate od ozbiljnog onečišćenja i oštrog pada fluksa, dok dvo-slojne membrane značajno ublažavaju onečišćenje membrane zbog TiO₂ fotokatalitičke razgradnje zagađivača.
III. Prednosti, nedostaci i budući izgledi
Inovativne prednosti
- Dvo{0}}slojna struktura uravnotežuje mehaničku čvrstoću, učinak filtracije i fotokatalitičku aktivnost, rješavajući problem odvajanja i oporavka TiO₂.
- Keramičke membrane otporne su na kiseline, lužine i visoke temperature, što ih čini prikladnijima za industrijske otpadne vode nego polimerne membrane.
- Svojstva-samočišćenja smanjuju učestalost čišćenja.
Buduće smjernice
- Optimizirajte punjenje TiO₂, temperaturu sinteriranja i veličinu pora membrane kako biste poboljšali učinkovitost razgradnje.
- Dopiranje s N i Zr proširuje raspon fotoodgovora, omogućujući fotokatalizu vidljivog svjetla.
- Proces proizvodnje je povećan, a provedena je pilot-razmjera i dugoročna-operativna verifikacija.
IV. Sažetak
TiO₂-ugrađena dvoslojna membrana od keramičkih šupljih vlakana od mulita uspješno je pripremljena za obradu otpadnih voda biljke palminog ulja, postižući sinergističke učinke odvajanja filtracije i fotokatalitičke razgradnje. Pokazuje značajne prednosti protiv-obraštanja, stabilnosti i samo-čišćenja. Ova tehnologija pruža održivo rješenje za duboku obradu otpadnih voda palminog ulja i nudi važnu referencu za dizajn i primjenu fotokatalitičkih membrana-na bazi keramike.