İngiliz araştırmacılar, palmiye yağı bitkisinin atık sularını arıtmak için fotokatalitik oksidasyonla birleştirilmiş seramik içi boş fiber membran geliştirdiler. Hurma yağı endüstrisi küresel tarımın bir direğidir, ancak üretim sırasında üretilen palmiye yağı bitkisi atık suyu (POME) yüksek organik yüke ve koyu renge sahiptir, bu da geleneksel biyolojik ve fizikokimyasal arıtmaların standartları karşılamada yetersiz kalmasına neden olur. Doğrudan deşarj ötrofikasyona ve ekolojik hasara yol açacaktır. Araştırmacılar, derin POME işlemi ve membran kirlenmesi sorunlarını çözmek için TiO₂-gömülü çift-katmanlı mulit seramik içi boş fiber membran geliştirdiler.
I. Deney Tasarımı ve Hazırlama Yöntemi
1.Malzemeler ve Yapı: İç katman, mekanik destek ve filtreleme substratı sağlayan saf müllittir; dış katman, fotokatalitik aktivite sağlayan müllit + 1~%4 ağırlık TiO₂'dur.
2.Hazırlık Süreci: Faz dönüşümü + birlikte-sinterleme yöntemi kullanılır. 1350 derecede sinterleme, çift-katmanlı delaminasyon problemini ortadan kaldırır ve içi boş fiber yapısı ko-ekstrüzyon kalıplama ile hazırlanır.
3.Membran Verileri: Tamamlanmış membran kalınlığı (sinterlemeden sonra): Tek-katmanlı membran (SL): 900 μm, Çift katmanlı membran: 1090–1310 μm; Test için kullanılan membran uzunluğu: fotokataliz testi için 10 cm, akı/tutma kesme testi için 7 cm.
II. Araştırma Sonuçları
1.Yapı ve Performans Korelasyonu: İki katmanlı membran, katmanlara ayrılma olmadan sıkı bir bağlanma sergiler ve TiO₂ başarılı bir şekilde yüklenir; Ti içeriği, artan eklemeyle %3,76'ya yükselir. 3 ağırlıkça % TiO₂ (DL3), en yüksek bükülme mukavemetini (16,34 MPa) ve en iyi mekanik stabiliteyi gösterir; Ağırlıkça %4 TiO₂ (DL4), ultrafiltrasyon seviyesine ait en küçük gözenek boyutuna (28,25 nm) sahiptir. TiO₂ yüklemesi gözenekliliği ve saf su akışını azaltır ancak kirlenme önleyici ve akış stabilitesini önemli ölçüde artırır.
2.Ayırma ve Fotokatalitik Etkiler: Çift katmanlı membran, %54,50'lik DL₃ tutma oranı ile tek-katmanlı membrandan çok daha üstündür; tek-katmanlı membran için bu oran yalnızca %11,27–%19,32'dir.
- Kirletici Giderme: DL4, 18,90 L/(m²・saat・bar) akışla %44,92 KOİ giderme oranı ve %52,40 renk giderme oranı elde ederek UV ışığı altında en iyi performansı gösterdi.
- Stabilite ve Antifouling: DL3 ve DL4, önemli ölçüde daha yüksek akı geri kazanım oranı (FRR) ve stabilite indeksi (SI) gösterdi; üç döngüden sonra bile stabil kalarak olağanüstü kendi kendini-temizleme performansı gösterdi.
- Tek-katmanlı membranlar şiddetli kirlenmeye ve akıda keskin bir düşüşe maruz kalırken çift-katmanlı membranlar, kirleticilerin TiO₂ fotokatalitik bozunmasına bağlı olarak membran kirlenmesini önemli ölçüde azaltır.
III. Avantajlar, Dezavantajlar ve Gelecek Beklentiler
Yenilikçi Avantajlar
- Çift-katmanlı yapı, mekanik gücü, filtreleme performansını ve fotokatalitik aktiviteyi dengeleyerek TiO₂ ayırma ve geri kazanım sorununu çözer.
- Seramik membranlar asitlere, alkalilere ve yüksek sıcaklıklara karşı dirençlidir, bu da onları endüstriyel atık su uygulamaları için polimer membranlara göre daha uygun hale getirir.
- Kendi kendini-temizleme özellikleri temizleme sıklığını azaltır.
Gelecek Yönler
- Bozunma verimliliğini artırmak için TiO₂ yüklemesini, sinterleme sıcaklığını ve membran gözenek boyutunu optimize edin.
- N ve Zr ile katkılama, foto-tepki aralığını genişleterek görünür ışık fotokatalizini mümkün kılar.
- Üretim sürecinin ölçeği büyütüldü ve pilot-ölçeklendirme ve uzun-vadeli operasyonel doğrulama gerçekleştirildi.
IV. Özet
Palmiye yağı fabrikası atık su arıtımı için TiO₂-gömülü iki katmanlı mulit seramik içi boş fiber membran başarıyla hazırlandı ve filtrasyon ayırma ve fotokatalitik bozunmanın sinerjistik etkileri elde edildi. Kirlenme önleme,-kararlılık ve kendi kendini-temizleme konularında önemli avantajlar sergiler. Bu teknoloji, palmiye yağı atık suyunun derinlemesine arıtılması için sürdürülebilir bir çözüm sağlar ve seramik-bazlı fotokatalitik membranların tasarımı ve uygulaması için önemli bir referans sunar.