Revolutionaire Membraantechnologie Verbetert Afvalwaterzuivering & Energie-efficiëntie

• Een nieuw type membraan vereist veel lagere druk dan standaardmembraanen om geschwebde deeltjes uit water te filteren.
• Het duurt 3 keer langer en bespaart twee keer zoveel energie dan conventionele transmembraan.

Waterzuiveringstechnieken verlagen de concentratie van bepaalde stoffen zoals bacteriën, schimmels, virussen, algen, parasieten en geschwebde deeltjes. Er zijn diverse fysieke, biologische en chemische processen, en de afgelopen paar decennia hebben we elektromagnetische straling zoals UV-licht gebruikt om water te zuiveren.

Het proces van waterfiltratie en -behandeling – voor drinkwater en chemische en industriële toepassingen – staat voor bijna 13% van het totale elektriciteitsverbruik in de Verenigde Staten, wat 290 miljoen metriek ton koolstofdioxide per jaar in de atmosfeer vrijmaakt. In context geplaatst, is dit equivalent aan het gecombineerde gewicht van alle mensen ter wereld.

Om water te zuiveren, wordt het meestal door een membraan met kleine poriën geleid. De grootte van deze poriën is klein genoeg om onzuiverheden of deeltjes groter dan watermoleculen te filteren. Omdat deze membranen neigen te 'slijten' door verstoppingen, vereisen ze hogere spanningen watermoleculen door te drukken, en moeten vaak verstoppte membranen vervangen worden, wat de kosten van waterbehandeling verhoogt.

Nu hebben onderzoekers van Harvard University een nieuw type membraan ontwikkeld dat veel lagere druk vereist dan traditionele membranen om geschwebde deeltjes uit water te filteren. Ze noemen het liquid-gated membranes (LGMs). Het is tweemaal zo efficiënt (in termen van energieverbruik) en duurt drie keer langer dan bestaande membranen.

LGMs kunnen gebruikt worden in een breed scala aan waterverwerkingsomstandigheden, wat het elektriciteitsverbruik en de kosten van grote industriële processen vermindert, inclusief gas- en olieboringen.

Hoe Het Werkt?

Elk liquid-gated membraan is gecoat met een speciale vloeistof die de poriën in een 'gesloten' fase vult en afdicht, dienend als een reversibele poort. Wanneer u druk toepast (om water te filteren), wordt de vloeistof in de poriën van het membraan naar de einden getrokken, waardoor open poriën ontstaan, die geconfigureerd kunnen worden om bepaalde gassen of vloeistoffen door te laten.

Referentie: AIP | doi:10.1063/1.5047480 | Harvard University

Dit voorkomt 'slijtage' van membranen door het gladde oppervlak van de vloeistof. En aangezien LGMs in staat is om doelsubstantie(s) van verschillende vloeistofmengsels te scheiden, kan het gebruikt worden in industriële vloeistofverwerking.

Transmembraandruk (TMP) voor standaard en gated membraan | Met dank aan onderzoekers

Om een LGM te creëren, infuseerden onderzoekers kleine schijven (25 millimeter) van een conventioneel filtermembraan met een speciale vloeibare smeermiddel, perfluoropolyether, dat al meer dan 3 decennia in de luchtvaartindustrie wordt gebruikt.

Testen En Toepassingen

Onderzoekers mengden bentonietklei in water en lieten het door LGMs poriën lopen door toepassing van geschikte druk. Vervolgens vergelijken ze de resultaten met conventionele membranen.

De liquid-gated membranen toonden tekenen van slijtage veel later dan conventionele: ze filterden effectief water 3 keer langer dan onbehandelde membranen voordat een handmatig proces nodig was om opgebouwde stoffen van het membraan te verwijderen. Ook hadden ze 60% minder nanoklei verzameld op hun membraan tijdens filtratie.

Lees ook: Een Nieuwe Manier Om Verontreinigingen Uit Stormwater Te Verwijderen

Om filtratie te initiëren, vereisen LGMs 16% minder druk, wat meer energie bespaart. Dit kan de filtratiesnelheid van waterbehandelingsmechanismen in diverse industrieën verhogen, inclusief textiel, petrochemie, biofarmaceutische productie, en voedsel- en drankverwerking.