Britse onderzoekers hebben een keramisch hollevezelmembraan ontwikkeld, gecombineerd met fotokatalytische oxidatie, om afvalwater van palmolieplanten te behandelen. De palmolie-industrie is een pijler van de mondiale landbouw, maar het afvalwater van palmoliefabrieken (POME) dat tijdens de productie wordt geproduceerd, heeft een hoge organische belasting en een diepe kleur, waardoor traditionele biologische en fysisch-chemische behandelingen onvoldoende zijn om aan de normen te voldoen. Directe lozingen zouden leiden tot eutrofiëring en ecologische schade. Onderzoekers hebben een TiO₂-ingebed dubbel-laags mulliet keramisch hollevezelmembraan ontwikkeld om de problemen van diepe POME-behandeling en membraanvervuiling op te lossen.
I. Experimentele ontwerp- en voorbereidingsmethode
1.Materialen en structuur: de binnenlaag is puur mulliet en biedt mechanische ondersteuning en een filtratiesubstraat; de buitenste laag is mulliet + 1~4 gew.% TiO₂, wat fotokatalytische activiteit verleent.
2. Voorbereidingsproces: Er wordt gebruik gemaakt van een fasetransformatie + co-sintermethode. Sinteren bij 1350 graden elimineert het probleem van delaminatie met dubbele- lagen, en de holle vezelstructuur wordt vervaardigd door co-extrusiegieten.
3. Membraangegevens: Dikte van het afgewerkte membraan (na sinteren): Enkel-laagsmembraan (SL): 900 μm, Dubbellaags membraan: 1090–1310 μm; Membraanlengte gebruikt voor testen: 10 cm voor fotokatalysetests, 7 cm voor flux/retentie-cutoff-tests.
II. Onderzoeksresultaten
1. Structuur- en prestatiecorrelatie: het dubbellaagse membraan vertoont een stevige binding zonder delaminatie, en TiO₂ wordt met succes geladen, waarbij het Ti-gehalte toeneemt tot 3,76% met toenemende toevoeging. . 3 gew.% TiO₂ (DL3) vertoont de hoogste buigsterkte (16,34 MPa) en de beste mechanische stabiliteit; 4 gew.% TiO₂ (DL4) heeft de kleinste poriegrootte (28,25 nm), behorend tot het ultrafiltratieniveau. De TiO₂-belasting vermindert de porositeit en de flux van zuiver water, maar verbetert aanzienlijk de aangroeiwerende werking en de fluxstabiliteit.
2. Scheiding en fotokatalytische effecten: Het dubbellaagse membraan is veel beter dan het enkel-laagsmembraan, met een DL₃-retentiepercentage van 54,50%, vergeleken met slechts 11,27%–19,32% voor het enkel-laagmembraan.
- Verwijdering van verontreinigende stoffen: DL4 presteerde het beste onder UV-licht en behaalde een CZV-verwijderingspercentage van 44,92% en een kleurverwijderingspercentage van 52,40%, met een flux van 18,90 l/(m²・u・bar).
- Stabiliteit en antifouling: DL3 en DL4 vertoonden een aanzienlijk hoger fluxherstelpercentage (FRR) en stabiliteitsindex (SI), en bleven zelfs na drie cycli stabiel, wat uitstekende zelfreinigende prestaties aantoont.
- Membranen met één- laag hebben last van ernstige vervuiling en een scherpe daling van de flux, terwijl membranen met dubbele- lagen de membraanvervuiling als gevolg van de fotokatalytische afbraak van verontreinigende stoffen door TiO₂ aanzienlijk verminderen.
III. Voordelen, nadelen en toekomstperspectieven
Innovatieve voordelen
- De dubbel-laagstructuur brengt mechanische sterkte, filtratieprestaties en fotokatalytische activiteit in evenwicht, waardoor het probleem van de scheiding en terugwinning van TiO₂ wordt opgelost.
- Keramische membranen zijn bestand tegen zuren, logen en hoge temperaturen, waardoor ze geschikter zijn voor industriële afvalwatertoepassingen dan polymeermembranen.
- Zelfreinigende eigenschappen-verminderen de schoonmaakfrequentie.
Toekomstige richtingen
- Optimaliseer de TiO₂-belasting, sintertemperatuur en membraanporiegrootte om de afbraakefficiëntie te verbeteren.
- Doping met N en Zr verbreedt het fotoresponsbereik, waardoor fotokatalyse met zichtbaar licht mogelijk wordt.
- Het fabricageproces werd opgeschaald en er werden operationele verificaties op pilot-schaal en lange- termijn uitgevoerd.
IV. Samenvatting
Een TiO₂-ingebed dubbellaags mulliet keramisch hollevezelmembraan werd met succes voorbereid voor de behandeling van afvalwater van palmoliefabrieken, waarbij synergetische effecten van filtratiescheiding en fotokatalytische afbraak werden bereikt. Het biedt aanzienlijke voordelen op het gebied van anti-fouling, stabiliteit en zelf-zelfreiniging. Deze technologie biedt een duurzame oplossing voor de diepgaande behandeling van palmolie-afvalwater en biedt een belangrijke referentie voor het ontwerp en de toepassing van op keramiek-gebaseerde fotokatalytische membranen.