역삼투(RO) 기술은 기수 담수화 및 해수 담수화에 폭넓게 적용할 수 있어 많은 주목을 받고 있습니다. 치밀한 분리층과 다공성 지지층으로 구성된 박막 복합재(TFC) 폴리아미드(PA) 역삼투막은 이 분야의 선도적인 제품이었습니다. 그러나 PA RO 막의 낮은 투과성과 TFC 역삼투막의 오염으로 인해 PA RO TFC 막의 광범위한 사용이 제한됩니다. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
나노복합체 막의 합성은 고분자 나노물질과 무기 나노물질의 장점을 결합하는 탁월한 방법임이 입증되었습니다. 역삼투막의 자연적인 특성은 구성과 구조를 미세 조정함으로써 향상될 수 있습니다. 예를 들어, 하이드로탈사이트(HT)는 수용액에 분산되어 계면 중합 단계에서 PA 매트릭스에 포함되어 물 수송 채널을 생성합니다.
생성된 막은 염분 방지성을 희생하지 않으면서 높은 투과성 선택성과 증가된 물 흐름을 나타냅니다. 또한, 나노입자 통합, 표면 코팅 및 접목을 포함한 막 변형은 생물 오염을 방지하는 효과적인 접근법인 것으로 나타났습니다. 그 중 PA 매트릭스에 내장된 나노입자에 방오제를 접목시키는 것은 PA 매트릭스를 손상시키지 않고 역삼투막에 방오 특성을 부여하는 탁월한 전략이다.
HT 나노입자는 수산기가 풍부하여 실란 커플링제의 실록시기와 반응하여 오염 방지 그래프팅을 달성할 수 있습니다. 따라서 PA층에 HT 나노입자를 도펀트로 사용하고, 막 표면에 방오 작용기를 함유한 실란 커플링제를 접목시킴으로써 높은 선택성과 내오염성을 지닌 새로운 TFC 역삼투 분리막을 얻을 수 있다.
담수화 및 해수 통합 이용 연구소의 Wang Jian 교수, 산동 과학 기술 대학의 Ma Zhong 교수, 중국 과학원의 Tian Xinxia 박사는 HT 나노 입자 및 4차 함유 실란 커플링제의 특성에서 영감을 얻었습니다. 암모늄염. , 그리고 팀원들이 함께합니다. 기존의 투과도 선택성과 내오염성을 동시에 향상시켜 장기적으로 안정적인 고성능을 갖는 새로운 유형의 역삼투 분리막을 개발하려는 노력이 이루어져 왔습니다.
그들의 작업은 TFC PA 역삼투막의 성능을 크게 향상시켰으며 해수 담수화의 미래에 대한 귀중한 기술 조언을 제공했습니다. 이번 연구는 환경 과학 및 공학 프론티어(Frontiers of Environmental Science & Engineering) 저널에 게재되었습니다.
본 연구에서는 Mg-Al-CO3 HT 나노입자가 계면 중합 동안 유기 용액에 분산되어 PA 층에 통합되었습니다. HT의 포함은 물 흐름을 향상시키고 접목 부위 역할을 하는 이중 역할을 합니다. HT를 포함하면 염 제거를 희생하지 않고 물 흐름이 증가하여 후속 접목 반응으로 인한 손실이 보상됩니다. HT의 노출된 표면은 방오제인 디메틸옥타데실[3-(트리메톡시실릴)프로필]염화암모늄(DMOT-PAC)의 접목 부위 역할을 합니다.
HT 통합과 DMOTPAC 접목의 조합은 역삼투막에 높은 투과성 선택성과 오염 방지 특성을 부여합니다. PA-NT-0.06의 물 흐름은 49.8 l/m2·h로 원래 멤브레인보다 16.4% 더 높았습니다. PA-HT-0.06 염의 거부율은 99.1%로 원래 멤브레인과 비슷한 수준이었습니다. 음전하 리소자임 오염과 관련하여 변형된 막의 수성 플럭스 회수율은 원래 막의 것보다 높았습니다(예: PA-HT-0.06의 경우 86.8% 대 PA-원본의 경우 78.2%). PA-HT-0.06의 Escherichia coli 및 Bacillus subtilis에 대한 살균활성도는 각각 97.3%, 98.7%였다.
이 연구는 PA 매트릭스에 내장된 DMOTPAC와 HT 나노입자 사이의 공유 결합 형성을 보고하여 높은 투과성 선택성과 오염 방지 특성을 갖춘 역삼투막을 생성한 최초의 연구입니다. 통합된 나노입자와 기능성 그룹 접목을 통해 높은 투과성 선택성과 오염 방지 특성을 갖춘 역삼투막 개발이 가능해졌습니다.
추가 정보: Xinxia Tian et al., 해수 담수화를 위한 높은 선택성과 오염 방지 특성을 갖춘 역삼투막 준비, 환경 과학 및 공학의 개척자(2021). DOI: 10.1007/s11783-021-1497-0
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게시 시간: 2023년 1월 4일