Britische Forscher haben eine keramische Hohlfasermembran in Kombination mit photokatalytischer Oxidation zur Behandlung von Abwasser aus Palmölpflanzen entwickelt. Die Palmölindustrie ist eine Säule der globalen Landwirtschaft, doch das bei der Produktion anfallende Abwasser der Palmölpflanze (POME) weist eine hohe organische Belastung und eine tiefe Farbe auf, sodass herkömmliche biologische und physikalisch-chemische Behandlungen nicht ausreichen, um die Standards zu erfüllen. Eine direkte Einleitung würde zu Eutrophierung und ökologischen Schäden führen. Forscher haben eine in TiO₂-eingebettete zweischichtige Mullit-Keramik-Hohlfasermembran entwickelt, um die Probleme der tiefen POME-Behandlung und der Membranverschmutzung zu lösen.
I. Experimentelles Design und Vorbereitungsmethode
1. Materialien und Struktur: Die innere Schicht besteht aus reinem Mullit und bietet mechanischen Halt und ein Filtersubstrat; Die äußere Schicht besteht aus Mullit + 1~4 Gew.-% TiO₂, das photokatalytische Aktivität verleiht.
2. Vorbereitungsprozess: Es wird ein Phasenumwandlungs- und Co--Sinterverfahren verwendet. Durch Sintern bei 1350 Grad wird das Problem der Doppelschichtdelaminierung beseitigt, und die Hohlfaserstruktur wird durch Co-Extrusionsformen hergestellt.
3. Membrandaten: Fertige Membrandicke (nach dem Sintern): Einschichtige Membran (SL): 900 μm, Doppelschichtmembran: 1090–1310 μm; Für den Test verwendete Membranlänge: 10 cm für Photokatalysetests, 7 cm für Fluss-/Retentions-Cutoff-Tests.
II. Forschungsergebnisse
1. Struktur- und Leistungskorrelation: Die Doppelschichtmembran zeigt eine feste Bindung ohne Delaminierung, und TiO₂ wird erfolgreich geladen, wobei der Ti-Gehalt mit zunehmender Zugabe auf 3,76 % ansteigt. . 3 Gew.-% TiO₂ (DL3) zeigt die höchste Biegefestigkeit (16,34 MPa) und die beste mechanische Stabilität; 4 Gew.-% TiO₂ (DL4) haben die kleinste Porengröße (28,25 nm) und gehören zur Ultrafiltrationsstufe. Die Beladung mit TiO₂ reduziert die Porosität und den Reinwasserdurchfluss, verbessert aber deutlich die Antifouling- und Flussstabilität.
2.Trennung und photokatalytische Effekte: Die Doppelschichtmembran ist der Einzelschichtmembran mit einer DL₃-Retentionsrate von 54,50 % weit überlegen, verglichen mit nur 11,27 %–19,32 % für die Einzelschichtmembran.
- Schadstoffentfernung: DL4 schnitt unter UV-Licht am besten ab und erreichte eine CSB-Entfernungsrate von 44,92 % und eine Farbentfernungsrate von 52,40 % bei einem Fluss von 18,90 l/(m²·h・bar).
- Stabilität und Antifouling: DL3 und DL4 zeigten eine deutlich höhere Flussrückgewinnungsrate (FRR) und Stabilitätsindex (SI), blieben auch nach drei Zyklen stabil und zeigten eine hervorragende Selbstreinigungsleistung.
- Einschichtige Membranen leiden unter starker Verschmutzung und einem starken Abfall des Flusses, während doppelschichtige Membranen die Membranverschmutzung aufgrund des photokatalytischen Abbaus von Schadstoffen durch TiO₂ erheblich lindern.
III. Vorteile, Nachteile und Zukunftsaussichten
Innovative Vorteile
- Die Doppelschichtstruktur gleicht mechanische Festigkeit, Filtrationsleistung und photokatalytische Aktivität aus und löst so das Problem der TiO₂-Abtrennung und -Rückgewinnung.
- Keramikmembranen sind beständig gegen Säuren, Laugen und hohe Temperaturen und eignen sich daher besser für industrielle Abwasseranwendungen als Polymermembranen.
- Selbstreinigende Eigenschaften reduzieren die Reinigungshäufigkeit.
Zukünftige Richtungen
- Optimieren Sie die TiO₂-Beladung, die Sintertemperatur und die Membranporengröße, um die Abbaueffizienz zu verbessern.
- Die Dotierung mit N und Zr erweitert den Photoreaktionsbereich und ermöglicht die Photokatalyse mit sichtbarem Licht.
- Der Herstellungsprozess wurde erweitert und eine Pilot-{0}} sowie eine langfristige{1}Betriebsüberprüfung durchgeführt.
IV. Zusammenfassung
Eine in TiO₂-eingebettete Doppelschicht-Mullit-Keramik-Hohlfasermembran wurde erfolgreich für die Abwasserbehandlung von Palmölpflanzen hergestellt und erzielte synergistische Effekte der Filtrationstrennung und des photokatalytischen Abbaus. Es bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf Anti-Fouling, Stabilität und Selbst-Reinigung. Diese Technologie stellt eine nachhaltige Lösung für die Tiefenbehandlung von Palmölabwasser dar und bietet wichtige Referenzen für das Design und die Anwendung von photokatalytischen Membranen auf Keramikbasis.
