Команда исследователей из Манчестерского университета разработала новую технологию, которая решит одну из самых больших проблем мембранной технологии. Опубликованная в журнале Nature Communications команда описывает, как они могут преодолеть проблему мембранного загрязнения, используя отслаивающуюся двумерную форму вермикулита в качестве стойкого к загрязнению покрытия для нефти и воды. разделение.

2D материалы показывают перспективу в решении проблемы загрязнения

Различные процессы основаны на мембранном разделении, таком как фильтрация воды, а также разделение нефти и газа. Загрязнение является основной проблемой в этом процессе. В нем описывается обычное явление, когда поры в мембране блокируются, предотвращая поток веществ через мембрану. Технология отделения масла особенно подвержена загрязнению из-за легкости, с которой капли масла прикрепляются к поверхности мембраны.

В настоящее время графен и другие двумерные материалы используются для решения этой проблемы, поскольку было показано, что они фильтруют примеси способами, которые ранее считались невозможными. Команда в Манчестере намеревалась улучшить это и стремилась создать новый метод, используя материал 2D, чтобы облегчить отделение нефти, чтобы преодолеть проблему загрязнения.

Снижение адгезии масла

Известное решение для уменьшения загрязнения мембраны, вызванного отложением масла, заключается в повышении смачиваемости воды и уменьшении адгезивности масла. Ранее ученые фокусировались на разработке методов улучшения смачиваемости водой, в то время как методы, направленные на снижение адгезионной способности масла, игнорировались. Хотя попытки увеличить смачиваемость водой были успешными, долгосрочное решение проблемы загрязнения еще не достигнуто.

Манчестерская команда стремилась решить эту проблему. Их исследования привели к открытию, что можно настроить смачивающие свойства вермикулитовых мембран от супергидрофильных до гидрофобных, облегчая обмен катионов с поверхности на слои вермикулита.

Кроме того, исследователи также показали, что это свойство может быть использовано коммерческими микрофильтрационными мембранами в покрытии супергидрофильного вермикулита с литиевым обменом (вермикулита лития).

Это литиевое покрытие обеспечивает супергидрофильность, а также суперолеофобность, которая отталкивает капли масла. Испытания показали, что микрофильтрационные мембраны с вермикулитовым покрытием демонстрировали более низкую адгезию масла под водой на 40, чем непокрытая мембрана.

Команда полагает, что их инновация не только решит проблему загрязнения мембраны, но также будет адаптирована для таких применений, как фильтры против обрастания для биофильтрации и самоочищающиеся поверхности.

Будущие перспективы

Успешный долгосрочный подход к решению проблемы загрязнения мембран долгое время ускользал от исследователей, что приводило к проблемам, с которыми сталкиваются технологии, связанные с фильтрацией воды, а также разделением нефти и газа. Команда ученых из Манчестера значительно продвинула понимание смачивающих свойств твердых веществ на уровне молекулы. Их инновации позволят в будущем разработать более эффективные мембранные технологии, устойчивые к загрязнению.

Результаты исследования разъясняют детали того, как молекулы воды взаимодействуют с поверхностями и ионами в атомном масштабе. Ученые объясняют, как молекулы воды располагаются в уникальном формате на поверхности вермикулита лития, что позволяет ему иметь высокое сродство к воде и, следовательно, уменьшенное взаимодействие капель нефти.

Кроме того, ионы, присутствующие на поверхности вермикулитовой мембраны, облегчали адгезию молекул воды на мембрану вермикулита, свойство, которое было очевидно, даже когда вермикулит подвергался воздействию масла в течение длительного периода времени. Эта уникальная характеристика мембраны, покрытой вермикулитом, вероятно, приведет к ее применению при разработке других подобных технологий и, как ожидается, будет успешной в качестве долговременного противообрастающего покрытия, улучшающего функционирование фильтрации воды и разделения нефти и газа.