< Terug naar vorige pagina

Project

Dunne film composiet membranen en nieuwe "draw solutes" voor voorwaartse osmose

Osmotische membraanprocessen, zoals voorwaartse osmose (FO) en druk-vertraagde osmose (PRO) zijn aan het doorbreken in het veld van de membraantechnologie. Deze processen zijn zeer beloftevol omdat ze toegepast kunnen worden in een brede waaier van applicaties, zoals de behandeling van water en de productie van duurzame energie. De sleutelfactoren die voorlopig de directe implementatie in de industrie tegenhouden, zijn het gebrek van hoog-performante membranen, die een hoge zout retentie combineren met hoge water fluxen, en bijkomend geschikte “draw solutes”, die de drijvende kracht (d.w.z. osmotische druk) leveren. Tegenwoordig zijn TFC membranen de huidige stand van zaken voor druk-gedreven vloeistof scheidingen (vb. omgekeerde osmose (RO) en solvent-resistent nano-filtratie (SRNF)). Deze zijn ontworpen om een significante hoeveelheid hydraulische druk aan te kunnen, en er wordt aangenomen dat de steunlaag een minimale invloed heeft op de performantie. Echter  in FO, waar geen mechanische druk betrokken is, heeft de steunlaag een cruciale invloed en zijn porositeit, tortuositeit, dikte en hydrofiliciteit zou goed onder controle gehouden moeten worden om een uitstekende FO performantie te garanderen van het TFC membraan.

In een eerste deel van deze studie, werd polyethersulfon (PES) gemengd met een gesulfoneerd polyetheretherketone (sPEEK) om de hydrofiliciteit te verhogen van de steunlaag. Verschillende mengratio’s werden gebruikt en dit had niet alleen een effect op de polyamide (PA) dunne laag, maar ook op de onderkant van de steunlaag, wat de algemene membraanperformantie significant beïnvloedde. Door een lagere scheidingsefficiëntie (lagere zoutretentie), werd een co-solvent geïntroduceerd in de steunlaag-coatingoplossing en een simpelere bereidingsmethode voor interfaciale polymerisatie (IFP) werd toegepast. Dit resulteerde in TFC membranen met lagere structurele parameters, hogere water fluxen en lagere “reverse salt fluxes”.

In een tweede deel werd de klassieke aanpak om TFC membranen te bereiden vervangen door een ionische vloeistof (IL) als organische fase in de IFP te gebruiken. Dit resulteerde in membranen met een similaire FO performantie als de klassieke bereide types. Bovendien werden de synthesekosten gereduceerd door een 50/50 mengsel van IL/hexylacetaat te gebruiken en tegelijkertijd bezat het resulterend TFC membraan een betere FO performantie, bijkomend tot het lagere vervuilingspotentieel dankzij een veel gladder oppervlak.

In het laatste deel werd er gezocht naar “draw solutes” met een hoge osmotische druk, lage “reverse solute flux” en makkelijke regeneratie. Gesulfoneerde hypervertakte en lineaire poly(aryleenoxindolen) werden bereid. Vanwege hun aanzienlijke grootte kon een minder selectief ultra-filtratie (UF) membraan gebruikt worden voor FO. Vergeleken met een commercieel polyelectrolyt, vb. polyvinylsulfonzuur (PVSA), vertoonden deze “draw solutions” hogere genormaliseerde FO fluxes en een betere herwinning. Hiernaast, werd het osmotische potentieel van titaniumdioxide (TiO2) gebaseerde “draw solutions” bestudeerd. Via een ultraviolet (UV) behandeling, kunnen deze nano-partikels (NPs) hun oppervlakte-eigenschappen (vb. hydrofiliciteit) wijzigen en dit resulteerde in grote water fluxen, gecombineerd met een gemakkelijke regeneratie. Bovendien, was er geen “reverse solute flux” door de aanzienlijke partikelgrootte. Het contactoppervlak van de “draw solute” kon vergroot worden door een transformatie naar nano-buis (NT)-vorm, wat leidde in een hogere water flux. De “band-gap” van TiO2 was kleiner na stikstofdopering en bijgevolg kon zichtbaar licht gebruikt worden voor de verandering in hydrofiliciteit. Het praktische nut van deze licht-gevoelige “draw solution” werd aangetoond in een desalinatie-experiment, waar water werd onttrokken van een 3.5 gew.% NaCl oplossing.

Datum:1 okt 2013 →  28 nov 2017
Trefwoorden:forward osmosis, thin film composite membranes, draw solutes
Disciplines:Analytische chemie, Macromoleculaire en materiaalchemie
Project type:PhD project