Inženjeri su razvili novu vrstu membrane koja odvaja hemikalije unutar otpadnih voda tako efikasno da se mogu ponovo koristiti, predstavljajući novu priliku za industrije da poboljšaju održivost, istovremeno izvlačeći vredne nusproizvode i hemikalije iz otpadnih voda.
Stvorena za upotrebu u prečišćavanju otpadnih voda, tankoslojna kompozitna nanoporozna membrana poznata kao TFC NPM, pokazuje „neviđenu“ sposobnost odvajanja soli i drugih hemijskih komponenti iz vode, i može dovesti do održivijeg tretmana i upravljanja vodom u nizu industrije.
Istraživački rad objavljen danas, 3. avgusta, u časopisu Nature Vater detaljno opisuje performanse membrane i objašnjava kako njena jedinstvena svojstva, čiji su aspekti inspirisani dagnjama, mogu utrti put za održivije upravljanje vodom u industrijama kao što su farmaceutska, nafta i gas , tekstila i prehrambene industrije. Autori rada su akademici sa britanskog Univerziteta Bat, zajedno sa kolegama iz Kine, Južne Koreje, Singapura, Australije i Belgije.
Kažu da bi membrana mogla da zameni trenutne ekvivalente koji se koriste u elektrodijalizi, procesu koji se koristi za tretman vode transportovanjem jona kroz membrane iz jednog rastvora u drugi pod električnom strujom. Postojeće membrane su skupe i mogu postići efikasnost odvajanja od 90%-95%. Autori novog rada kažu da novi TFC NPM može značajno da poboljša ovo, sa efikasnošću većom od 99%, dok koristi manje energije po nižoj ceni.
Dr Ming Ksie, predavač hemijskog inženjerstva na Univerzitetu u Batu i jedan od autora rada, kaže da bi membrana mogla da dovede do promene u razmišljanju o tretmanu otpadnih voda. On kaže: „Tradicionalno, mnoge industrije otpadnu vodu koju stvaraju smatraju otpadom iz trgovine koji je neophodan trošak poslovanja.
„Tehnologije kao što je membrana koju smo kreirali mogu nam pomoći da preduzmemo korake ka smanjenju emisije ugljenika smanjenjem energetskih potreba za prečišćavanje otpadnih voda, dok istovremeno pronađemo načine da efikasno odvojimo komponente u njoj, kao što su hemikalije, soli, energija, biomasa i hranljive materije, pre nego što ponovo ih koriste kao nusproizvode visoke vrednosti“.
Istraživači su inspirisali dagnje kada su dizajnirali premaz na površini membrane, koji se sastoji od polimera polietilenimina (PEI) i polidopamina (PDA), jedinjenja koje dagnje izlučuju i koriste da se zalepe za stene ili drvo u vlažnim uslovima. Lepljivost premaza čini membranu visoko selektivnom, dozvoljavajući vodi da prođe, ali blokira druga jedinjenja i organske materijale. Ovaj višestepeni proces rezultira poboljšanom filtracijom vode i visoko efikasnim, niskoenergetskim načinom za pojedinačno frakcionisanje (ili odvajanje) hemikalija.
Elektrodijaliza je tehnologija koja je pokazala svoju prilagodljivost na nekoliko primena, u ovom slučaju na upravljanje visoko slanim tokovima otpada. U procesu elektrodijalize, električni potencijal se koristi za pokretanje pozitivnih i negativnih jona rastvorenih soli kroz odvojenu polupropusnu sintetičku membranu.
Tokom testova, istraživači su koristili četiri antibiotika — natrijum ceftriakson, natrijum cefotaksim, dinatrijum karbenicilin i natrijum ampicilin — da bi dokazali performanse elektrofiltracije membrane obložene PDA/PEI. Membrana je pokazala neviđeno visoku efikasnost oporavka u uklanjanju antibiotika iz rastvora slane vode (voda i NaCl natrijum hlorid)—sa više od 99,3% efikasnosti desalinizacije i više od 99,1% oporavka antibiotika.
Ako je ugrađena u prečišćavanje industrijskih otpadnih voda, membrana ima sposobnost da izvrši visoko efikasnu elektrodijalitičku frakcionaciju (odvajanje) različitih mešanih rastvora organskih/NaCl, efikasnije od standardnih postojećih procesa.
Koautor, dr Dong Han Seo iz Odeljenja za energetski inženjering, Korejski institut za energetsku tehnologiju, rekao je: „Ovaj rad demonstrira najsavremeniju elektrodijalizu za rešavanje velikog izazova u farmaceutskoj industriji za prečišćavanje otpadnih voda na bazi biologije, kako bi se omogućilo efikasan oporavak hemikalija visoke vrednosti uz dobijanje vode za višekratnu upotrebu na drugom kraju uz nisku potrošnju energije.“
Dr Jiuiang Lin iz Kineske akademije nauka, takođe koautor, rekao je: „Ovaj jednostavan, ali efikasan premaz obezbeđuje dugoročnu stabilnost i garantuje nisku potrošnju energije bez obzira na uslove otpadne vode. Ovo je revolucionarni nalaz elektrodijalize za tretman otpadnih voda koji uključuje pametan dizajn membrane, simulacija i analiza.“
Autori istražuju puteve za komercijalizaciju membrane.
