Мембранная техника и технология: Мембранная Техника и Технология.

Факс:

Не предоставлен

E-mail:

[email protected]

Деятельность:

Оборудование для очистки воды в Москве

Остановки:

Остановка Улица Подольских Курсантов – 755 м
Остановка 17-й автобусный парк – 816 м
Остановка 1-й Дорожный проезд – 826 м

Спасибо за обращение в службу технической поддержки, Ваше сообщение будет рассмотрено в ближайшее время.

Обратная связь

Ваше сообщение

инноваций в мембранной технологии для обработки воды

от Daeyeon Lee, профессор

Университет Пенсильвании

Химическая и биомолекулярная инженерия

июля 1620

Один из самых критических. face обеспечивает доступ к чистой воде для каждого региона и человека. Сочетание различных явлений, в том числе изменение климата, увеличение потребности человека, чрезмерное использование, заражение и загрязнение, продолжают усугублять нехватку воды во всем мире. Учитывая сложность факторов, которые способствуют этому кризису, необходимо рассмотреть и разработать несколько подходов, чтобы наше поколение могло справиться с этой экзистенциальной проблемой. Один из подходов, над которым работают многие ученые-физики и инженеры, включает использование различных технологий разделения (очистки) для обработки воды, непригодной для использования и потребления человеком.

Одна из ключевых технологий разделения, которая используется в настоящее время, а также активно исследуется, основана на мембранном разделении. При мембранном разделении тонкая мембрана используется для контроля скорости переноса различных видов через мембрану для достижения разделения. Например, позволяя молекулам воды быстро пересекать мембрану, при этом значительно подавляя (и в идеале полностью блокируя) проникновение других частиц, таких как ионы и микроорганизмы, через мембрану, можно производить чистую воду. Одним из ключевых преимуществ мембранного разделения является то, что это относительно энергоэффективная и менее энергоемкая технология по сравнению с другими методами разделения, такими как дистилляция. Учитывая простоту и эффективность этой концепции, неудивительно, что человечество использует мембраны для очистки воды с древних времен. Несмотря на десятилетия развития мембранных технологий, остается несколько проблем и узких мест, и для преодоления этих проблем потребуются новые инновации.

Одной из ключевых проблем, которая часто мешает внедрению мембранных технологий для очистки воды, является загрязнение. Обрастание происходит со временем, когда на поверхности мембраны накапливаются молекулы, мусор, клетки и материалы, что значительно ухудшает их работу. Загрязнение мембраны приводит к повышенному потреблению энергии, поскольку воду приходится «проталкивать» через дополнительные материалы, скопившиеся на поверхности мембраны. Кроме того, чистота воды может быть поставлена ​​под угрозу, поскольку нежелательные виды легче проникают через мембрану.

Одним из примеров является очистка пластовой воды при разведке и добыче нефти и газа посредством гидравлического разрыва пласта, наиболее известного как гидроразрыв пласта. Во время гидроразрыва вода под высоким давлением вместе с различными химическими веществами и твердыми частицами закачивается под землю, чтобы вызвать разрушение горной породы и выделение сланцевого газа. Когда высокое давление закачки сбрасывается, вода возвращается на поверхность вместе с химическими веществами, извлеченными из сланца. Надлежащее обращение со сточными водами, образующимися при гидроразрыве пласта, затрагивает значительную часть населения, поскольку газоносные сланцевые образования ошеломляюще велики. Потребности в воде для фрекинга конкурируют за нехватку воды, а также создают огромное количество сточных вод. В сточных водах гидроразрыва пласта присутствует широкий спектр примесей, включая соли, органические углеводороды, металлы, твердые частицы и радиоактивные материалы. Этот профиль примесей и огромные масштабы производства сточных вод при гидроразрыве пласта бросают вызов экономике современных технологий разделения. Прямой сброс сточных вод в поверхностные воды строго запрещен федеральным законом. Текущий метод утилизации, в настоящее время запрещенный в нескольких штатах, заключается в закачивании воды в отработанные колодцы. Этот подход создает серьезные экологические риски, поскольку есть опасения, что он поставит под угрозу водоносные горизонты питьевой воды. Кроме того, считается, что недавнее увеличение сейсмической активности (например, в Оклахоме, Техасе и т. д.) было вызвано этой практикой.

Чтобы избежать значительных рисков, связанных с существующими методами утилизации, и обеспечить рециркуляцию/повторное использование воды, рекультивация сточных вод при гидроразрыве пласта имеет важное значение. Министерство энергетики указывает, что энергоэффективное мембранное разделение может сыграть важную роль и что «потребность велика» в устойчивых к загрязнению мембранах для очистки сточных вод гидроразрыва пласта. Однако основная проблема заключается в том, что сточные воды гидроразрыва пласта содержат необычно высокие концентрации маслянистых компонентов, которые вредны для многих существующих мембран. В сотрудничестве с Shu Yang (Penn MSE) мы решили эту проблему, разработав сверхстабильные покрытия против масляного обрастания, которые можно легко наносить на существующие мембраны с использованием масштабируемых методов. Одно из самых уникальных достижений и особенностей этих покрытий заключается в том, что даже если мембрана каким-либо образом загрязнена маслянистыми компонентами, наноструктура покрытия будет вытеснять масло и, таким образом, восстанавливать маслоотталкивающие свойства мембран. Кроме того, покрытия можно легко наносить на большие площади с помощью простых методов, таких как напыление. Таким образом, нет необходимости полностью пересматривать способ производства мембран. Просто добавляя этап покрытия, многие различные типы существующих мембран могут быть модифицированы для защиты от загрязнения маслянистыми компонентами.

Рисунок 1: Наноструктурированное покрытие, которое удаляет нефть с поверхности под водой, чтобы мембраны не становились неэффективными из-за загрязнения

Другим примером загрязнения, которое значительно ограничивает использование мембран для очистки воды, является биообрастание. Со временем биологические материалы, такие как бактерии и вирусы, будут накапливаться на поверхности мембраны и создавать слизистый осадок, также известный как биопленки . После образования эти биопленки чрезвычайно трудно удалить простым добавлением дезинфицирующих средств, поскольку несколько исследований показали, что бактерии в биопленках чрезвычайно устойчивы к биоцидам. Биопленки также могут привести к загрязнению отфильтрованной воды, что представляет серьезную угрозу для здоровья. В сотрудничестве с Кэтлин Дж. Стебе (Пенсильванский университет Британской Колумбии) и Мартином Хаазе (бывший научный сотрудник Пенсильванского университета, а в настоящее время работающий в Утрехтском университете) мы решили эту проблему, разработав новый метод производства пористых мембран, декорированных наночастицами. В отличие от традиционных методов изготовления мембран и последующего покрытия поверхности мембран наночастицами, новый подход позволяет наночастицам спонтанно располагаться на поверхности пор в мембранах. Наночастицы высокой плотности на поверхности впоследствии модифицируются молекулами, которые сильно сопротивляются прикреплению бактерий, что делает эти мембраны очень устойчивыми к биообрастанию.

Рис. 2: Мембрана из полого волокна, украшенная наночастицами, устойчивая к биообрастанию

Предотвращение загрязнения и, таким образом, сохранение разделительных свойств мембран в течение длительных периодов времени в суровых условиях, часто связанных с очисткой воды, имеет решающее значение для разработки многих интересных исследовательских инноваций в этой области. область. Разработки в области обработки и очистки воды также окажут значительное влияние на повышение нашей устойчивости к стихийным бедствиям. Исследователи Penn в области исследований и обучения технологиям активного покрытия (REACT), поддерживаемой NSF партнерской программе международных исследований и образования, сотрудничают с исследователями во Франции и Корее для дальнейшей разработки технологий, которые можно легко использовать для улучшения управления водными ресурсами в чрезвычайных ситуациях. убежища, которые могут быть развернуты в местах природных или техногенных катастроф. Некоторые из новых захватывающих разработок в этой области включают возможность использования солнечной энергии для обработки/очистки воды. Солнечное опреснение, новая технология, работает полностью автономно вне сети путем преобразования солнечной энергии в пар, который затем отделяется от солоноватой воды с помощью пористых мембран, которые пропускают только водяной пар, но не жидкую воду. Успешная разработка такой технологии будет зависеть от тесного сотрудничества между исследователями, дополняющими наборы навыков и опыта. В сотрудничестве с несколькими исследователями и при поддержке Фонда университетских исследований наша исследовательская группа в настоящее время изучает новые способы производства мембран солнечного опреснения, которые будут противостоять загрязнению за счет самоочищения под солнечным освещением.

Дэён Ли — профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии Пенсильванского университета. Он получил степень бакалавра в области химического машиностроения в Сеульском национальном университете и докторскую степень в области химического машиностроения в Массачусетском технологическом институте. Его исследования сосредоточены на развитии глубокого понимания взаимодействия между мягкими материалами вблизи или на границах раздела и расширении полученных знаний для управления сборкой макроскопических структур с заданными свойствами и функциональностью. Он получил множество наград, в том числе премию Виктора К. Ламера 2010 г., премию NSF CAREER Award, премию 3M Nontenured Professor Award 2013 г., премию AICHE NSEF Young Investigator Award 2013 г., премию Unilever 2014 г. для молодого исследователя в области коллоидных наук и науки о поверхности и 2017 г. Премия за лекцию по мягким веществам.

Без названия-1

%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > ручей Adobe Illustrator CC 2017 (Windows)2021-07-22T13:41:20+05:302021-07-22T13:41:20+05:302021-07-22T13:41:20+05:30

приложение/постскриптум

Без названия-1

Квенкатесан

Acrobat Distiller 11. 0 (Windows)xmp.did:f3fe6808-0dc2-6340-b658-e3fc68c77f9fxmp.iid:f3fe6808-0dc2-6340-b658-e3fc68c77f9fuuid:8f04a088-568c-4774-847d-2f72666fff53xmp.iid:cf6b9212-6286-df44- a708-914efeb9de0axmp.did:cf6b9212-6286-df44-a708-914efeb9de0auuid:8f04a088-568c-4774-847d-2f72666fff53

savedxmp.iid:20f58131-d018-a04d-8272-55be59452a2e2021-07-19T16:46:07+05: 30Adobe Illustrator CC 2017 (Windows)/

сохраненныйxmp.iid:cf6b9212-6286-df44-a708-914efeb9de0a2021-07-19T16:47:33+05:30Adobe Illustrator CC 2017 (Windows)/

преобразовано из application/postscript в application/vnd.adobe.illustrator

сохраненныйxmp.iid:f3fe6808-0dc2-6340-b658-e3fc68c77f9f2021-07-22T13:41:20+05:30Adobe Illustrator CC 2017 (Windows)/

преобразовано из application/postscript в application/vnd.adobe.illustrator

51.