Verkenning van de mogelijkheden van membraan distillatie: Membranen, configuraties en toepassingen

Membraandestillatie is gebaseerd op damptransport door een hydrofoob poreus membraan dat de vloeistoffase tegenhoudt. De drijvende kracht is het verschil in dampdruk, dat geïnduceerd wordt door het temperatuurverschil over het membraan. Initieel werd de focus van deze technologie gelegd op zeewaterontzouting, terwijl toepassingen met hoge zoutconcentraties buiten het bereik van omgekeerde osmose recent meer aandacht krijgen. Membraandestillatie werd al beschreven in 1963. Ondanks de sterke toename van publicaties is de technologie nog niet beschikbaar op industriële schaal.

Dit doctoraat tracht door het verkrijgen van inzichten, ontwikkelen van een verbeterd membraan en het exploreren van nieuwe toepassingen de afstand tot de marktintrede te verkleinen. In het eerste deel wordt een kritisch overzicht gegeven over de beschikbare inzichten in membraanontwikkeling voor membraandestillatie. Meer dan 20 commerciële membranen worden geëvalueerd. De membraankeuze is sterk afhankelijk van de zoutconcentratie. Membranen met een extra steunlaag blijken goed te presteren in direct contact membraandestillatie en vacuümmembraandestillatie. In air gap en permeate gap membraandestillatie zorgt de steunlaag voor een lagere flux ten opzichte van ongesteunde membranen. Daarnaast worden verschillende configuraties vergeleken, zowel op labo als pilootschaal. Direct contact membraandestillatie resulteert in de hoogste fluxen op laboschaal, terwijl op pilootschaal de hoogste flux gehaald wordt met air gap membraandestillatie.

In deel twee worden verschillende coatingmethodes vergeleken. Hierbij prestateren vooral de plasmacoatings uitstekend. De membraanstructuur zelf wordt verder geoptimaliseerd naar porositeit, poriegrootte, dikte en een verminderde samendrukbaarheid via het fase inversie proces. Hierbij blijken de blootstellingstijd aan vochtige lucht, een verhoogde temperatuur van het coagulatiebad en de viscositeit bepalend voor de vorming van een poreuze structuur.

In het laatste deel wordt een overzicht gegeven van membraanvervuiling en bevochtiging in membraandestillatie, waarbij een systematische aanpak werd voorgesteld om het potentieel van een toepassing te evalueren. In een eerste toepassing wordt de aanwezigheid van surfactanten en olie op de membraanbevochtiging nader bekeken, daar dit relevant is voor verschillende types industrieel afvalwater. Metingen van oppervlaktespanning en contacthoek kunnen een snelle voorspelling geven van het risico op membraanbevochtiging. Daarnaast is ook aangetoond dat het PE membraan met een lagere hydrofobiciteit sneller bevochtigd worden ten opzichte van meet hydrofobe PTFE. Oleofobe membranen kunnen binnen dit toepassingsgebied zorgen voor een doorbraak van de technologie door een sterk verbeterde weerstand tegen bevochtiging. In een tweede toepassing wordt het hergebruik van pekelwater in de kaasindustrie bekeken. Membraanautopsie is mogelijk via FTIR en SEM/EDX, technieken die de detectie van het type vervuilende component mogelijk maken. Hierdoor kunnen ook gepaste reinigingen uitgewerkt worden. De korte duur lab- en piloottesten en simulaties tonen aan dat membraandestillatie zowel technische als economisch haalbaar is voor de behandeling en hergebruik van pekelwater in de kaasindustrie.