Разработка тонкопленочных композитных мембран для нанофильтрации при экстремальных значениях pH
. 2021 12 ноября; 3(11):5912-5919.
doi: 10.1021/acsapm.1c01172.
Epub 2021 29 октября.
Акбар Асади Ташвиг
1
, Мария Эльсхоф
2
, Ник Э Бенеш
2
Принадлежности
Принадлежности
- 1 Биологическая химия и технология, Вагенингенский университет и исследования, Борнсе Вейланден 9, П.О. Box 17, 6708 WG Wageningen, Нидерланды.
- 2 Films in Fluids Group, Кластер мембранных наук и технологий, Факультет науки и технологий, Институт нанотехнологий MESA+, Университет Твенте, P. O. Box 217, 7500 AE Энсхеде, Нидерланды.
PMID:
34796335
PMCID:
PMC8593864
DOI:
10.1021/acsapm.1c01172
Бесплатная статья ЧВК
Акбар Асади Ташвиг и др.
ACS Appl Polym Mater.
.
Бесплатная статья ЧВК
. 2021 12 ноября; 3(11):5912-5919.
doi: 10.1021/acsapm.1c01172.
Epub 2021 29 октября.
Авторы
Акбар Асади Ташвиг
1
, Мария Эльсхоф
2
, Ник Э Бенеш
2
Принадлежности
- 1 Биологическая химия и технология, Вагенингенский университет и исследования, Борнсе Вейланден 9, П.О. Box 17, 6708 WG Wageningen, Нидерланды.
- 2 Films in Fluids Group, Кластер мембранных наук и технологий, Факультет науки и технологий, Институт нанотехнологий MESA+, Университет Твенте, P.O. Box 217, 7500 AE Энсхеде, Нидерланды.
PMID:
34796335
PMCID:
PMC8593864
DOI:
10. 1021/acsapm.1c01172
Абстрактный
Повторное использование воды является одним из наиболее устойчивых решений растущей проблемы нехватки воды. Однако сточные воды обычно содержат органические загрязнители и часто имеют экстремальные значения pH, что усложняет очистку этих потоков с помощью обычных мембран. В этой работе мы сообщаем о синтезе прочного мембранного материала, способного выдерживать длительное воздействие экстремальных значений рН (1 или 13 в течение 2 месяцев). Полиаминовые тонкопленочные композитные (ТФК) мембраны получают in situ путем межфазной полимеризации между 1,3,5-трис(бромметил)бензолом (tBrMeB) и p -фенилендиамин (PPD). В отличие от обычных полиамидных мембран TFC, повышенная стабильность pH достигается за счет удаления карбонильных групп из полимерной сетки. Мембраны показали проницаемость для чистой воды и отсечение по молекулярной массе (MWCO) 0,28 ± 0,09 л м -2 ч -2 бар -1 и 820 ± 132 г моль -1 соответственно. Характеристики мембраны дополнительно улучшаются за счет изменения структуры мономера и замены p -фенилендиамина на м -фенилендиамин, что приводит к более высокой проницаемости 1,3 ± 0,3 л м -2 ч -1 бар -1 и более низкому MWCO 566 ± 43 г моль -1 . Учитывая простоту изготовления и превосходную стабильность, этот химический состав представляет собой шаг вперед в производстве прочных мембран для рециркуляции промышленных сточных вод.
© 2021 Авторы. Опубликовано Американским химическим обществом.
Заявление о конфликте интересов
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.
Цифры
Рисунок 1
(а) Визуализация интерфейса…
Рисунок 1
(a) Визуализация межфазной полимеризации между tBrMeB в гексане и PPD в…
фигура 1
(а) Визуализация межфазной полимеризации между
тБрМеБ
в гексане и PPD в воде. (b) Фотография стеклянного флакона, содержащего
два несмешивающихся раствора. Между ними образуется тонкая пленка.
фазы.
Рисунок 2
Мембраны PPD-tBrMeB: (a) защита от соли…
Рисунок 2
Мембраны PPD-tBrMeB: (a) отторжение солей и (b) отторжение PEG.
фигура 2
Мембраны
PPD-tBrMeB:
(а) отказ от соли и (б) отказ от ПЭГ.
Рисунок 3
Морфология опоры ПЭС…
Рисунок 3
Морфология опоры PES и мембраны TFC PPD-tBrMeB.
Рисунок 3
Морфология опоры PES и TFC PPD-tBrMeB
мембрана.
Рисунок 4
Сравнение спектров FTIR…
Рисунок 4
Сравнение спектров FTIR носителя PES и мембраны PPD-tBrMeB.
Рисунок 4
Сравнение спектров FTIR опоры PES
и ППД-tBrMeB
мембрана.
Рисунок 5
Долгосрочные испытания стабильности pH…
Рисунок 5
Испытания на долгосрочную рН-стабильность мембран PPD-tBrMeB после длительной обработки в (а) 0,1…
Рисунок 5
Долгосрочные испытания pH-стабильности мембран PPD-tBrMeB после
продолжительный
обработка в (а) 0,1 М HNO 3 (красный) и (б) 0,1 М растворы NaOH
(синий). Водопроницаемость слева y -оси (квадраты,
сплошная линия) и отклонение MgCl 2 по правой оси у (кружки, пунктирная линия).
Рисунок 6
(a) Отказ от соли, (b) ПЭГ…
Рисунок 6
(a) отказ от соли, (b) отказ от ПЭГ и (c) распределение пор по размерам…
Рисунок 6
(а) Отказ от соли,
(б) отторжение ПЭГ и (в) распределение пор по размерам
мембраны tBrMeB-PPD до и после воздействия in situ 0,1
М NaOH и 0,1 М HNO 3 .
Рисунок 7
Морфология (а) первозданного…
Рисунок 7
Морфология (а) исходной мембраны PPD-tBrMeB, (б) после 4-недельного погружения в…
Рисунок 7
Морфология (а) первичной мембраны PPD-tBrMeB,
б) через 4
недель погружения в 0,1 М раствор NaOH и (в) после 4-недельного погружения в
0,1 М HNO 3 .
Рисунок 8
Угол контакта с водой PES…
Рисунок 8
Угол контакта опоры ПЭС с водой, нетронутый и после длительного погружения в 0,1…
Рисунок 8
Угол контакта опоры PES с водой в первозданном виде и после
продолжительный
погружение в мембраны 0,1 М NaOH или 0,1 М HNO 3 TFC.
Рисунок 9
Испытания на долгосрочную стабильность pH…
Рисунок 9
Испытания на долговременную рН-стабильность мембран MPD-tBrMeB после длительной обработки в (а) 0,1…
Рисунок 9
Тесты MPD-tBrMeB на долгосрочную стабильность pH
мембраны после длительного
обработка в 0,1 М растворах HNO 3 (красный) (а) и 0,1 М растворах NaOH (б)
(синий). Водопроницаемость по левой оси и (квадраты,
сплошная линия) и MgSO 4 отклонение по правой оси и (кружки, пунктирная линия).
См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC
Похожие статьи
Влияние мономеров, участвующих в изготовлении новой нанофильтрационной тонкопленочной композитной мембраны на основе ПЭС, и ее эффективность при очистке общих сточных вод (CETP) текстильных промышленных сточных вод.
Ашок Кумар С., Монкармель Джоанна Н., Беула Дженефер В., Сринивасан Г., Каниможи Г., Юварани Г., Ридхамша Г., Прабу К., Говиндараджане С., Джаяраман С.
Ашок Кумар С. и др.
J Environment Health Sci Eng. 2021 16 марта; 19 (1): 515-529. doi: 10.1007/s40201-021-00624-x. электронная коллекция 2021 июнь.
J Environment Health Sci Eng. 2021.PMID: 34150255
Бесплатная статья ЧВК.Тонкопленочные композитные нанофильтрационные мембраны на основе поли(арилцианурата).
Эльсхоф М.Г., Мааскант Э., Хемпениус М.А., Бенеш Н.Е.
Эльсхоф М.Г. и соавт.
ACS Appl Polym Mater. 2021 14 мая; 3(5):2385-2392. doi: 10.1021/acsapm.0c01366. Epub 2021 13 апр.
ACS Appl Polym Mater. 2021.PMID: 34056614
Бесплатная статья ЧВК.На пути к улучшению опреснения и удалению тяжелых металлов из нанофильтрационных мембран TFC: рентабельная межфазная полимеризация с регулируемой температурой.
Cheng X, Lai C, Li J, Zhou W, Zhu X, Wang Z, Ding J, Zhang X, Wu D, Liang H, Zhao C.
Ченг X и др.
Интерфейсы приложений ACS. 2021 8 декабря; 13 (48): 57998-58010. дои: 10.1021/acsami.1c17783. Epub 2021 24 ноября.
Интерфейсы приложений ACS. 2021.PMID: 34817167
Шаблонные нанофильтрационные мембраны MXene Nanosheet для сверхвысокого переноса воды.
Сюй Д., Чжу С., Луо С., Го И., Лю Ю., Ян Л., Тан С., Ли Г., Лян Х.
Сюй Д и др.
Технологии экологических наук. 2021 Янв 19;55(2):1270-1278. doi: 10.1021/acs.est.0c06835. Epub 2020 29 декабря.
Технологии экологических наук. 2021.PMID: 33372511
Обзор тонкопленочных композитных нанофильтрационных мембран из полиэстера и полиэфирамида: синтез, характеристики и применение.
Чжан З., Фан К., Лю Ю., Ся С.
Чжан Цзи и др.
Научная общая среда. 2023, 1 февраля; 858 (часть 2): 159922. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.159922. Epub 2022 3 ноября.
Научная общая среда. 2023.PMID: 36336064
Обзор.
Посмотреть все похожие статьи
использованная литература
Пикеринг Эй Джей; Дэвис Дж. Доступность пресной воды и расстояние до нее влияют на здоровье детей в странах Африки к югу от Сахары. Окружающая среда. науч. Технол. 2012, 46, 2391–2397. 10.1021/эс203177в.
—
DOI
—
пабмед
Эгген Р.И.Л.; Холлендер Дж.; Джосс А.; Шерер М.; Штамм С. Снижение выбросов микрозагрязнителей в водную среду: преимущества модернизации очистных сооружений. Окружающая среда. науч. Технол. 2014, 48, 7683–7689. 10.1021/эс500907н.
—
DOI
—
пабмед
Меконнен М. М.; Хукстра А. Ю. Глобальный след серых вод и уровни загрязнения воды, связанные с антропогенными нагрузками азота на пресную воду. Окружающая среда. науч. Технол. 2015, 49, 12860–12868. 10.1021/acs.est.5b03191.
—
DOI
—
пабмед
Тан С. Ю.; Ян З .; Го Х .; Вэнь Дж. Дж.; Нгием Л.Д.; Корнелиссен Э. Повторное использование питьевой воды с помощью усовершенствованной мембранной технологии. Окружающая среда. науч. Технол. 2018, 52, 10215–10223. 10.1021/acs.est.8b00562.
—
DOI
—
пабмед
Ван дер Брюгген Б.; Vandecasteele C. Сравнение дистилляции и мембранной фильтрации: обзор эволюции процесса опреснения морской воды. Опреснение 2002, 143, 207–218. 10.1016/S0011-9164(02)00259-Х.
—
DOI
опорных пленок из нитрида кремния PELCO Holey для TEM
Поддерживающие пленки PELCO Holey из нитрида кремния для TEM
Обзор сеток TEM
Опорные пленки PELCO® на основе нитрида кремния для TEM
Гидрофобные/гидрофильные опорные пленки на основе нитрида кремния
Опорные пленки на основе диоксида кремния PELCO® для TEM
Кремниевые апертурные рамки (без поддерживающих пленок)
Диски диаметром 3 мм с покрытием из нитрида кремния (заготовки)
Мембрана 200 нм с отверстиями от 5 мкм до 100 нм
3 3 | |||
Дырчатая опора из нитрида кремния 200 нм | Окошко 0,5 x 0,5 мм с отверстием |
Передовые технологии MEMS были применены для включения многих улучшений в этот поистине уникальный Holey следующего поколения.
Поддерживающая мембрана из нитрида кремния. Дырчатые мембраны или опорные пленки также называют перфорированными или узорчатыми.
фильмы; нет пленки или мембраны, закрывающей отверстия. Платформа для этой поддерживающей пленки из нитрида кремния с отверстиями
Поддерживающая пленка из аморфного нитрида кремния толщиной 200 нм с низким напряжением на круглой кремниевой рамке толщиной 3 мм с окном размером 0,5 x 0,5 мм.
Доступно двенадцать размеров отверстий в диапазоне от 100 нм до 5 мкм.
Данная конструкция имеет ряд преимуществ перед ранее предлагавшейся продукцией:
- Большая открытая площадка
- Плотно упакованные поры с более высокой плотностью благодаря гексагональной структуре пор
- Добавлена эластичность мембраны
- Практический размер отверстия для экспериментов
- Стандартная круглая форма и размер TEM
- Кромка EasyGrip для удобного обращения
Поддерживающие пленки PELCO ® из нитрида кремния устойчивы к растворителям, кислотам и основаниям, что позволяет проводить динамические эксперименты.
непосредственно на перфорированной мембране. Поддерживающие пленки из нитрида кремния позволяют проводить высокотемпературные эксперименты/визуализацию.
до 1000°С. Пленки можно легко очистить с помощью методов тлеющего разряда или плазменной очистки. Они также обеспечивают
безуглеродный фон для визуализации и анализа ПЭМ. Чистые производственные технологии позволяют избежать частиц мусора
которые часто встречаются на других производителях опорных пленок из нитрида кремния.
См. детали изготовления мембран из нитрида кремния.
Расположение пор в мембране из нитрида кремния 200 нм
MSDS 21500-21525, 21535, 21540-21542, 21555 (PDF, 367 КБ)
Технические характеристики изделия
Определяющими параметрами опорных пленок из нитрида кремния PELCO ® Holey являются:
- Толщина мембраны : 200 нм для дополнительной устойчивости
- Размер окна : 0,5 x 0,5 мм
- Диаметр пор : Размеры в пределах 10% от диаметра
- Шаблон : плотно упакованное шестиугольное расположение строк и столбцов — см. таблицу
- Перфорированная зона : См. таблицу
- Номинальная пористость: Диапазон от 22,3% до 22,8%
- Толщина корпуса : Стандартная силиконовая опорная структура 200 мкм. Это позволяет устанавливать стандартные держатели ТЕМ и обеспечивает прочную опорную раму
- Шероховатость поверхности : RMS (Rq) составляет 0,65 +/- 0,06 нм, что дает среднюю шероховатость (Ra) 0,45 +/- 0,02 нм
- Диаметр рамы : Стандартный диск TEM диаметром 3 мм, полностью совместимый с обычными держателями TEM и с краями EasyGrip для облегчения работы
- Упаковка : Поддерживающие пленки PELCO ® с отверстиями из нитрида кремния упаковываются в условиях чистой комнаты. Каждая коробка содержит 10 поддерживающих пленок.
Одинарные размеры пор
|
Сделано в США
№ продукта | Описание | Блок | Цена | Заказ / Предложение |
---|---|---|---|---|
21536-10 | НОВИНКА PELCO ® Поддерживающая пленка из нитрида кремния с отверстиями, 200 нм, поры 5 мкм, окно 0,5 x 0,5 мм, Ø3 мм | уп/10 | $ 308,35 | |
21535-10 | PELCO ® Поддерживающая пленка из нитрида кремния с отверстиями, 200 нм, поры 2,5 мкм, окно 0,5 x 0,5 мм, Ø3 мм | уп/10 | 308,35 | |
21580-10 | PELCO ® Поддерживающая пленка из нитрида кремния с отверстиями, 200 нм, поры 1250 нм, окно 0,5 x 0,5 мм, Ø3 мм | уп/10 | 308,35 | |
21581-10 | PELCO ® Поддерживающая пленка из нитрида кремния с отверстиями, 200 нм, поры 1000 нм, окно 0,5 x 0,5 мм, Ø3 мм | уп/10 | 308,35 | |
21582-10 | PELCO ® Поддерживающая пленка из нитрида кремния с отверстиями, 200 нм, поры 750 нм, окно 0,5 x 0,5 мм, Ø3 мм | уп/10 | 308.Written by admin
|