GOで修飾されたPVDF限外ろ過膜による水の浄化の向上

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8076 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、酸化グラフェン - ポリビニル アルコール - アルギン酸ナトリウム (GO-PVA-NaAlg) ヒドロゲル (HG) と浸漬沈殿誘起転相アプローチによって調製されたポリビニルピロリドン (PVP) をブレンドした改質ポリフッ化ビニリデン (PVDF) 限外濾過膜を紹介します。 異なる HG および PVP 濃度の膜の特性を、電界放射型走査型電子顕微鏡 (FESEM)、原子間力顕微鏡 (AFM)、接触角測定 (CA)、および全反射減衰フーリエ変換赤外分光法 (ATR-FTIR) によって分析しました。 FESEM 画像は、作製された膜の非対称構造を示し、上部に薄く緻密な層と指状の層を備えていることを示しました。 ＨＧ含有量が増加すると、膜の表面粗さが増加し、１重量％のＨＧを含む膜の最高表面粗さは、Ｒａ値が２８１．４ｎｍとなる。 また、膜の接触角は、裸の PVDF 膜の 82.5°から 1wt% HG を含む膜の 65.1°に達します。 純水フラックス (PWF)、親水性、防汚能力、および染料除去効率に及ぼす流延溶液への HG および PVP の添加の影響を評価しました。 ０．３重量％のＨＧおよび１．０重量％のＰＶＰを含有する改質ＰＶＤＦ​​膜の場合、最高の水流束は３バールで１０３．２Ｌ／ｍ２時間に達した。 このメンブレンは、メチル オレンジ (MO)、コンジ レッド (CR)、およびウシ血清アルブミン (BSA) に対してそれぞれ 92%、95%、および 98% を超える除去効率を示しました。 すべてのナノ複合膜は、裸の PVDF 膜よりも高い流束回復率 (FRR) を有し、90.1% という最高の防汚性能は、0.3 wt% の HG を含む膜に関連していました。 HG 修飾膜の濾過性能の向上は、HG 導入後の親水性、多孔度、平均細孔径、表面粗さの向上によるものでした。

水は生物が生きていくために必要な重要な生命源です。 しかし、淡水が含まれる利用可能な水は限られた量だけです1,2。 さまざまな産業、主に繊維や紙から排出される廃水中の主な汚染物質の 1 つは染料であり、人間に健康上のリスクを引き起こし、有害な環境問題を引き起こします3。 繊維産業で使用される染料は、高分子量、非生分解性、有毒反応物質、および複雑な構造を持っています。 さらに、染料は発光に対する障壁となり、水生植物の成長を妨げます。 したがって、そのような廃液の処理は極めて重要です4,5。 染料を含む廃水を処理する一般的な方法には、化学的/光触媒による酸化、吸着、膜分離、凝集などがあります6。 高いエネルギー要件と従来の処理技術の再利用可能性が限られているため、高効率で操作が容易でエネルギー消費量が削減された膜分離プロセスがより注目されています7、8。 圧力に基づく膜プロセスには、精密ろ過 (MF)9,10、限外ろ過 (UF)11、ナノろ過 (NF)12、逆浸透 (RO)13 などがあります。 UF 技術は、さまざまな染料で汚染された水の処理に広く使用されています 14。

ポリフッ化ビニリデン (PVDF) は、耐薬品性、熱安定性、機械的強度が優れているため、UF 高分子膜の製造に適した物質です 15。 PVDF 膜は比較的疎水性か親水性が低いため、廃水処理中にタンパク質や有機物による膜の汚れが発生します。 膜の汚れはその寿命と水流束を減少させ、エネルギーコストを増加させます16。 したがって、膜の親水性は大幅に低下します9。 さまざまな技術により、このような膜の親水性と防汚特性を向上させることができます。 たとえば、無機ナノ粒子が膜マトリックスに組み込まれており、親水性と防汚性が向上しています。 ウーら。 は、転相 (PI) アプローチによって PVDF-SiO2 複合膜を合成し、SiO2 の添加により膜の汚れ耐性が向上することを示しました 17。 ヤンら。 PI 法により修飾 PVDF/Al2O3 膜を合成しました。 AFM および SEM 分析は、Al2O3 ナノ粒子が未修飾の膜と比較して膜の防汚性能と透過流束を強化することを実証しました 18。 他のナノ粒子には、二酸化チタン (TiO2)19、酸化第二鉄 (Fe3O4)20、カーボン ナノチューブ (CNT)21、酸化グラフェン (GO)22 があり、これらは色素を除去するために膜の製造に利用されています。