液控膜过滤水效率高,污染时间长

用于人类消费以及工业和城市废水清洁的过滤和处理水,约占美国全部电力消耗的13%,每年向大气中排放约2.9亿吨二氧化碳。大致相当于地球上每个人的重量总和。

处理水最常见的方法之一是让水通过一种带有孔的薄膜,这种孔的大小可以过滤掉比水分子大的颗粒。然而,这些膜很容易受到腐蚀。本;被设计用来过滤的物质所堵塞;这就需要更多的电力来迫使水通过部分堵塞的膜和频繁更换膜,两者都增加了水处理的成本。

哈佛大学怀斯生物启发工程研究所以及东北大学和滑铁卢大学的合作者们的一项新研究表明,怀斯生物启发工程研究所和东北大学及滑铁卢大学的合作研究表明,怀斯生物启发工程研究所和滑铁卢大学的合作研究表明,液体门控膜(LGMs)过滤水中的纳米粘土颗粒的效率提高了两倍,过滤时间延长了近三倍,并降低了传统膜的过滤压力。这是一个可以降低成本和电力消耗的解决方案,高影响的工业过程,如石油和天然气钻探。该研究报道在APL材料。

这是第一次研究,证明LGMs可以在类似于重工业的环境中实现持续过滤,它提供了洞察LGMs如何抵抗不同类型的污垢,这可能导致它们在各种水处理环境中的使用,维斯研究所的研究科学家、第一作者杰克·阿尔瓦伦加说。

微孔模拟自然界利用充满液体的小孔,以尽可能少的能量通过生物过滤器来控制液体、气体和颗粒的运动,很像植物的小孔。叶子允许气体通过。每个LGM都涂上了一层液体,其作用就像一个可逆的闸门,用来填充和封闭封闭的孔。状态。当压力施加到薄膜上时,孔内的液体被拉到侧面,形成开放的、有液体衬里的孔,这些孔可以被调整以允许特定的液体或气体通过,并且由于液体层的光滑表面可以抵抗污垢。流体内衬孔的使用还可以使目标化合物从不同物质的混合物中分离出来,这在工业液体处理中很常见。

研究小组决定在膨润土悬浮体(如纳米粘土)上测试LGMs。解决方案模拟石油和天然气行业钻探活动产生的废水。他们在标准滤膜的25毫米圆盘中注入全氟醚,将其转化为lgm。全氟醚是一种液体润滑剂,已在航空航天工业中使用了30多年。然后,他们将膜置于压力之下,以使水通过孔隙,但留下纳米粘土颗粒,并比较未经处理的膜与LGMs膜的性能。

未处理的膜比中性膜更快地表现出纳米粘土污染的迹象,而且在需要反冲洗之前,中性膜过滤水的时间比标准膜长三倍。去除膜上累积的颗粒的过程。减少反冲洗次数可以减少清洗化学品的使用,减少抽回反冲洗水所需的能源,并提高工业水处理设施的过滤率。

尽管lgm最终会受到污染,但在过滤过程中,其结构中积累的纳米粘土减少了60%,这种积累被称为不可逆污染。因为它不能通过反冲洗去除。这一优点使LGMs具有更长的使用寿命,并使更多的滤液可用于其他用途。此外,LGMs启动过滤所需的压力降低了16%,增加了能源节约。

LGMs在食品和饮料加工、生物制药制造、纺织、造纸、纸浆、化学和石化等多种行业都有潜在的应用潜力,并可在广泛的工业应用领域提高能源使用和效率。通讯作者Joanna Aizenberg说,她是Wyss研究所的创始核心成员,也是哈佛大学John a . Paulson工程和应用科学学院(SEAS)材料科学的Amy Smith Berylson教授。

研究小组下一步的研究包括与工业伙伴进行大规模的试点研究,LGMs的长期运行,以及过滤更复杂的物质混合物。这些斯图dies将深入了解lgm在不同应用程序中的商业可行性,以及它们在不同的用途中可以使用多长时间。

用一种液体来帮助过滤其他液体的概念,虽然对我们来说不是很明显,但在自然界中是普遍存在的。很高兴看到以这种方式利用自然的创新可以潜在地节约大量的能源。他也是哈佛医学院的Judah Folkman血管生物学教授,波士顿儿童医院的血管生物学项目教授,同时也是海洋学的生物工程学教授。

论文的其他作者包括来自东北大学的Yuki Ainge;滑铁卢大学的Chris Williams和Aubrey Maltz;还有来自哈佛大学维斯学院的Tom Blough和Mughees Khan。

出版物:Jack Alvarenga,等人,无机颗粒悬浮液的液体门控膜过滤性能,APL材料6,100703 (2018);https://doi.org/10.1063/1.5047480

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对于政府来说,过滤的成本效率应该较低。液体过滤需要一个适当的程序来使它们免受有害影响。新西兰学生的在线作业将教人们写内容来描述他们的经历。为了实现这个函数,我会尽量遵循这个行为准则。

这种滤膜将纳米粘土颗粒滤出水中的效率是传统滤膜的两倍,而过滤的时间则是传统滤膜的三倍。