Britiske forskere har utviklet en keramisk hulfibermembran kombinert med fotokatalytisk oksidasjon for å behandle avløpsvann fra palmeoljeplanter. Palmeoljeindustrien er en bærebjelke i globalt landbruk, men avløpsvannet fra palmeoljeanlegget (POME) som produseres under produksjon har høy organisk belastning og dyp farge, noe som gjør tradisjonelle biologiske og fysiokjemiske behandlinger utilstrekkelige for å oppfylle standarder. Direkte utslipp vil føre til eutrofiering og økologiske skader. Forskere har utviklet en TiO₂-innebygd dobbel-mullit-keramisk hulfibermembran for å løse problemene med dyp POME-behandling og membranbegroing.
I. Eksperimentell design og forberedelsesmetode
1. Materialer og struktur: Det indre laget er ren mullitt, som gir mekanisk støtte og et filtreringssubstrat; det ytre laget er mullitt + 1~4 vekt% TiO₂, som gir fotokatalytisk aktivitet.
2. Forberedelsesprosess: En fasetransformasjon + sam-sintringsmetode brukes. Sintring ved 1350 grader eliminerer problemet med dobbelt-delaminering, og hulfiberstrukturen er forberedt ved co-ekstruderingsstøping.
3.Membrandata: Ferdig membrantykkelse (etter sintring): Enkelt-lagsmembran (SL): 900 μm, Tolagsmembran: 1090–1310 μm; Membranlengde brukt for testing: 10 cm for fotokatalysetesting, 7 cm for fluks/retensjonsavskjæringstesting.
II. Forskningsresultater
1. Struktur og ytelseskorrelasjon: Tolagsmembranen viser tett binding uten delaminering, og TiO₂ er vellykket lastet, med Ti-innholdet økende til 3,76 % med økende tilsetning. 3 vekt% TiO₂ (DL3) viser den høyeste bøyestyrken (16,34 MPa) og den beste mekaniske stabiliteten; 4 vekt% TiO2 (DL4) har den minste porestørrelsen (28,25 nm), som tilhører ultrafiltreringsnivået. TiO₂-belastning reduserer porøsitet og ren vannfluks, men forbedrer bunnstoff og fluksstabilitet betydelig.
2. Separasjon og fotokatalytiske effekter: Tolagsmembranen er langt overlegen enkelt-lagsmembranen, med en DL₃ retensjonsrate på 54,50 %, sammenlignet med bare 11,27 %–19,32 % for enkeltlagsmembranen.
- Fjerning av forurensning: DL4 presterte best under UV-lys, og oppnådde en COD-fjerningsgrad på 44,92 % og en fargefjerningsgrad på 52,40 %, med en fluks på 18,90 L/(m²・h・bar).
- Stabilitet og bunnstoff: DL3 og DL4 viste betydelig høyere fluxgjenopprettingshastighet (FRR) og stabilitetsindeks (SI), forble stabil selv etter tre sykluser, og demonstrerte enestående selvrensende ytelse.
- Enkelt-lagsmembraner lider av alvorlig begroing og et kraftig fall i fluks, mens dobbeltlagsmembraner reduserer membranbegroing betydelig på grunn av TiO₂ fotokatalytisk nedbrytning av forurensninger.
III. Fordeler, ulemper og fremtidsutsikter
Innovative fordeler
- Den dobbelte-lagsstrukturen balanserer mekanisk styrke, filtreringsytelse og fotokatalytisk aktivitet, og løser problemet med TiO₂-separasjon og gjenvinning.
- Keramiske membraner er motstandsdyktige mot syrer, alkalier og høye temperaturer, noe som gjør dem mer egnet for industrielle avløpsvannapplikasjoner enn polymermembraner.
- Selv-rensende egenskaper reduserer rengjøringsfrekvensen.
Fremtidige retninger
- Optimaliser TiO₂-belastning, sintringstemperatur og membranporestørrelse for å forbedre nedbrytningseffektiviteten.
- Doping med N og Zr utvider fotoresponsområdet, og muliggjør fotokatalyse av synlig lys.
- Produksjonsprosessen ble oppskalert, og pilot-skala og lang-driftsverifisering ble utført.
IV. Sammendrag
En TiO₂-innstøpt tolags mullitt keramisk hulfibermembran ble med suksess klargjort for behandling av avløpsvann fra palmeoljeanlegg, og oppnådde synergistiske effekter av filtreringsseparasjon og fotokatalytisk nedbrytning. Den viser betydelige fordeler når det gjelder-begroing, stabilitet og selvrensende-. Denne teknologien gir en bærekraftig løsning for dyp behandling av palmeoljeavløpsvann og gir viktig referanse for design og bruk av keramiske-baserte fotokatalytiske membraner.