Brittiska forskare har utvecklat ett keramiskt ihåligt fibermembran kombinerat med fotokatalytisk oxidation för att behandla avloppsvatten från palmoljeväxter. Palmoljeindustrin är en pelare i det globala jordbruket, men det palmoljeväxtavloppsvatten (POME) som produceras under produktionen har en hög organisk belastning och djup färg, vilket gör traditionella biologiska och fysikaliskkemiska behandlingar otillräckliga för att uppfylla standarder. Direkt utsläpp skulle leda till övergödning och ekologiska skador. Forskare har utvecklat ett TiO₂-inbäddat dubbel-mullitkeramiskt hålfibermembran för att lösa problemen med djup POME-behandling och membrannedsmutsning.
I. Experimentell design och förberedelsemetod
1. Material och struktur: Det inre lagret är ren mullit, vilket ger mekaniskt stöd och ett filtreringssubstrat; det yttre skiktet är mullit + 1~4 vikt% TiO2, vilket ger fotokatalytisk aktivitet.
2. Förberedelseprocess: En fastransformation + sam-sintringsmetod används. Sintring vid 1350 grader eliminerar dubbel-delamineringsproblemet och den ihåliga fiberstrukturen förbereds genom sam-extrudering.
3.Membrandata: Färdigt membrantjocklek (efter sintring): Enkelt-membran (SL): 900 μm, Dubbelskiktsmembran: 1090–1310 μm; Membranlängd som används för testning: 10 cm för fotokatalystestning, 7 cm för flödes-/retentionsgränstestning.
II. Forskningsresultat
1. Struktur och prestandakorrelation: Dubbelskiktsmembranet uppvisar tät bindning utan delaminering, och TiO₂ laddas framgångsrikt, med Ti-halten som ökar till 3,76 % med ökande tillsats. 3 vikt-% TiO₂ (DL3) visar den högsta böjhållfastheten (16,34 MPa) och den bästa mekaniska stabiliteten; 4 viktprocent TiO2 (DL4) har den minsta porstorleken (28,25 nm), som hör till ultrafiltreringsnivån. TiO₂-laddning minskar porositeten och rent vattenflöde men förbättrar avsevärt antifouling och flussstabilitet.
2. Separation och fotokatalytiska effekter: Dubbelskiktsmembranet är vida överlägset enkelskikts-membranet, med en DL₃-retentionsgrad på 54,50 %, jämfört med endast 11,27 %–19,32 % för enkelskiktsmembranet.
- Avlägsnande av föroreningar: DL4 presterade bäst under UV-ljus och uppnådde en COD-avlägsnandegrad på 44,92 % och en färgborttagningsgrad på 52,40 %, med ett flöde på 18,90 L/(m²・h・bar).
- Stabilitet och antifouling: DL3 och DL4 visade signifikant högre flödesåtervinningsgrad (FRR) och stabilitetsindex (SI), förblev stabila även efter tre cykler, vilket visade enastående självrengörande prestanda.
- Enkel-membran lider av kraftig nedsmutsning och en kraftig nedgång i flöde, medan dubbel-membran avsevärt lindrar nedsmutsning av membran på grund av TiO₂ fotokatalytisk nedbrytning av föroreningar.
III. Fördelar, nackdelar och framtidsutsikter
Innovativa fördelar
- Den dubbla-skiktsstrukturen balanserar mekanisk styrka, filtreringsprestanda och fotokatalytisk aktivitet, vilket löser problemet med TiO₂-separation och återvinning.
- Keramiska membran är resistenta mot syror, alkalier och höga temperaturer, vilket gör dem mer lämpade för industriella avloppsvattenapplikationer än polymermembran.
- Självrengörande egenskaper-minskar rengöringsfrekvensen.
Framtida riktningar
- Optimera TiO₂-belastning, sintringstemperatur och membranporstorlek för att förbättra nedbrytningseffektiviteten.
- Doping med N och Zr breddar fotoresponsområdet, vilket möjliggör fotokatalys av synligt ljus.
- Tillverkningsprocessen skalades upp och pilot-skala och lång-driftsverifiering utfördes.
IV. Sammanfattning
Ett TiO₂-inbäddat dubbelskikts mullitkeramiskt hålfibermembran förbereddes framgångsrikt för behandling av avloppsvatten från palmolja, vilket uppnådde synergistiska effekter av filtreringsseparation och fotokatalytisk nedbrytning. Den uppvisar betydande fördelar när det gäller anti-nedsmutsning, stabilitet och självrengörande-. Denna teknik ger en hållbar lösning för djupbehandling av palmoljeavloppsvatten och erbjuder en viktig referens för design och applicering av keramiska-baserade fotokatalytiska membran.