Nýlega hafa kínverskir og bandarískir vísindamenn náð mikilvægum framförum í rannsóknastefnu öfugri himnuhimnuvatnsmeðferðar. Þeir hafa þróað nýtt himnuefni-pólýester himnuefni (DHMBA), sem hefur víðtæka notkunarmöguleika í afsöltun sjós, hreinsun skólps sveitarfélaga og á öðrum sviðum.
Þetta afrek var nýlega birt í Science. Þetta afrek var í sameiningu lokið af prófessor Zhang Xuan frá Nanjing University of Science and Technology, Huo Mingxin og Wang Xianze teymi frá School of Environment of Northeast Normal University, og prófessor Menachem Elimelech (Yale University), fræðimaður við American Academy of Engineering .
„Pólýesterhimna“ ögrar „pólýamíðhimnu“
Sem eina tæknin sem getur gert sér grein fyrir aukningu á opnum uppsprettu ferskvatnsauðlinda frá upptökum, er afsöltun sjós fyrsti kosturinn til að leysa alþjóðlegt vatnsskortsvandamál og mikilvægur þáttur í að endurmóta "vatnsöryggis" áætlun landsins míns.
Sem stendur er almenna gerð sjóafsöltunarhimnu í atvinnuskyni samsett pólýamíðfilma (TFC-PA), þar á meðal eru vörur DuPont, Hydraulic Energy, Toray og annarra fyrirtækja í Bandaríkjunum yfirgnæfandi meirihluta markaðshlutdeildar á heimsvísu.
Þunn filmu samsett öfug himnuflæði hefur verið gulls ígildi tækni fyrir afsöltun og vatnshreinsun í næstum hálfa öld. Pólýamíð þunnfilmu samsett öfug himnuflæði (TFC-RO) himnur hafa orðið fyrir valinu tækni fyrir afsöltun og endurnýtingu skólps vegna framúrskarandi skilvirkni þeirra.
Þessar himnur eru framleiddar með fjölliðun milliflata, sem leiðir til gróft yfirborðs sem er næmt fyrir aðsog mengunarefna. Þrátt fyrir að oxunarefni geti dregið úr lífrænu fouling, skemmast pólýamíðhimnur auðveldlega í nærveru klórs.
Þess vegna krefst vatnsmeðferð í iðnaði dýr formeðferðarskref eins og storknun, viðbót við gróðureyðandi efni, sótthreinsun og klórhreinsun til að vernda himnurnar. Þrátt fyrir að gróðurþolnar og klórþolnar himnur hafi nýlega komið fram, er afsöltunarárangur þeirra lakari en pólýamíðhimnur.
Sérstakt tilfelli er pólýestersértækt lag sem myndast á PES undirlagi, sem sýnir góða klórþol og afsöltunargetu, en er næmt fyrir vatnsrof yfir pH 8.0. Þróun sterkra himna sem getur komið í veg fyrir formeðferð mun draga verulega úr afsöltunarkostnaði og umhverfisáhrifum.
Til að leysa þessi vandamál byrjaði rannsóknarteymi prófessors Zhang Xuan við NUST að leggja fram efnisnýjungar á sviði öfugs himnuhimnu árið 2014 og framkvæmdi fjölda hagnýtra grunnrannsókna. Þeir einbeittu sér einnig að pólýesteraðskilnaðarhimnuefniskerfinu og héldu áfram að framkvæma burðarvirki og tækninýjungar.
Að lokum hönnuðu rannsakendur pólýesterfilmu samsetta himnu með öfugri himnuflæði (DHMBA) með sterku vatnsgegndræpi, mikilli mótstöðu gegn natríumklóríði og bóri og fullkomnu klórþoli. Í samanburði við pólýamíð himnur getur ofurslétt, orkulítið himnuyfirborð einnig komið í veg fyrir gróðursetningu og steinefnahlögun.
Þessar himnur bjóða upp á leið til að draga verulega úr formeðferðarskrefum við afsöltun sjós með því að hámarka enn frekar valhæfni vatnssalts og valda því vaxandi áskorun fyrir pólýamíðhimnur.
Að auki fylgir DHMBA pólýester öfugt himnuflæði framleiðsluferli núverandi viðskiptahimna, sem bætir hagkvæmni stórframleiðslu, sem er áfangi í þróun öfugs himnuflæðisiðnaðar.
Hverjir eru auknir eiginleikar nýja himnuefnisins?
1. Afsöltun árangur
Rannsakendur einkenndu tilbúna DHMBA himnuna og staðfestu að yfirborð hennar væri gallalaust og hafði yfir 92% þvertengingarþéttleika, sem gefur til kynna myndun stöðugrar pólýesterbyggingar.
Skanna rafeindasmásjár og atómkraftssmásjárrannsóknir sýndu að yfirborð himnunnar var slétt og minna gróft en hefðbundnar pólýamíð himnur.
Atómrannsóknir og aðrar aðferðir staðfestu enn frekar einsleitni og viðeigandi þykkt himnunnar. Í samanburði við verslunarhimnur á markaðnum skilaði DHMBA himnan sig betur í afsöltunarafköstum, sérstaklega hvað varðar salthöfnun og vatnsflæði.
Að auki stóð það sig betur en núverandi tækni við að fjarlægja bór, sem sýnir getu til að viðhalda háum flutningshraða við mismunandi aðstæður, sem gæti tengst einstökum efna- og hleðslueiginleikum þess.
2. Himnu klór stöðugleiki
Rannsakendur prófuðu einnig klórstöðugleika DHMBA og SW30 himna. Í samræmi við fyrri rannsóknir versnaði frammistaða pólýamíð-undirstaða himna SW30 hratt þegar þær voru komnar í snertingu við virkt klór við öll pH-skilyrði, sérstaklega við súr aðstæður vegna beinnar tæringar HOCl tegunda.
Aftur á móti sýndi DHMBA himnan framúrskarandi andoxunareiginleika vegna þess að skiptihóparnir á ákveðnum stöðum í uppbyggingu hennar komu í veg fyrir bein klórunarhvörf.
Sérstaklega við súr skilyrði pH 0 hélt DHMBA himnan stöðugri afsöltunarafköstum og DFT útreikningar og XPS niðurstöður studdu þessa niðurstöðu, sem bentu til mótstöðu hennar gegn arómatísk skiptihvörfum.
Við hlutlausar pH aðstæður getur DHMBA himnan viðhaldið stöðugleika í prófunum í allt að 2000 klukkustundir og þolir mjög háan styrk af lausu klór útsetningu jafnvel við pH gildi allt að 9,0, sem sýnir framúrskarandi basaþol þess. .
3. Himnuvarnarefni
Rannsakendur báru saman getu pólýesterhimna og SW30 himna til að meðhöndla ólífræn (steinefni) og lífræn mengunarefni.
Þegar prófað var með gifslíkönslausnum og sjóhermi lækkaði vatnsflæði SW30 himnunnar sem byggir á pólýamíði hratt, en frammistaða pólýesterhimnunnar hélst í grundvallaratriðum óbreytt í 24 klst.
Með rafeindasmásjárskoðun má sjá að yfirborð DHMBA himnunnar helst næstum í upphafsástandi eftir sjóafsöltunarprófið, á meðan kristallar eða agnir myndast á yfirborði SW30 himnunnar.
Á sama hátt, þegar verið var að meðhöndla saltvatn sem innihélt herma lífræna mengunarefni eins og natríumalgínat og huminsýru, sýndi DHMBA himnan lágmarks lækkun á vatnsflæði samanborið við SW30 himnan. FE-SEM myndir sýndu minni gróðursöfnun á yfirborði DHMBA himnunnar samanborið við þykka og þétta síukakan sem myndaðist á yfirborði SW30 himnunnar.
Þessa gróðurvarnar- og viðloðunarmöguleika DHMBA himnunnar má rekja til ofursléttu, orkulítils og lághleðslu yfirborðseiginleika hennar.
Undir raunverulegum sjóprófum og venjulegum klórmeðferðaraðstæðum sýndi DHMBA himnan framúrskarandi stöðugleika, með aðeins 2% minnkun á vatnsflæði eftir 15 daga, sem undirstrikar möguleika þess fyrir raunverulegan notkun.