Инновационная стратегия для эффективной очистки сточных вод: Мембраны из перекрестно уложенных супер-выровненных углеродных нанотрубок

Мембранная технология разделения признана высокоэффективной, компактной и надежной, но её устойчивому развитию мешает загрязнение мембран (обрастание). Существующие стратегии модификации для повышения устойчивости к обрастанию часто усложняют химию поверхности мембраны, что не способствует контролю загрязнения.

Ключевая идея: Полярность молекул определяет их взаимодействие. Неполярные мембраны могут иметь преимущество в устойчивости к обрастанию, так как их электрический дипольный момент близок к нулю, что препятствует осаждению загрязнителей. Однако этот фундаментальный механизм редко учитывался при создании мембран.

Углеродные нанотрубки (УНТ) использовались для изготовления мембран, но их неполярные свойства почти не изучались. Мембраны с вертикально выровненными УНТ не подходят для микро-/ультрафильтрации из-за малого размера пор и пористости.

Решение: Исследователи из Пекинского лесного университета и Университета Цинхуа создали неполярную мембрану из супер-выровненных УНТ (SACNT) по стратегии послойного перекрестного наложения. Химия поверхности такой мембраны проста и инертна, что потенциально устраняет обрастание, вызванное образованием ковалентных связей.

Результаты:

• Поверхность SACNT-мембраны демонстрирует типичное неполярное смачивание: высокие краевые углы для полярных жидкостей (вода: ~124.9°–126.5°; формамид: _{80.0°–83.9°) и низкие — для неполярного дииодметана (}18.8°–20.9°).
• Мембрана имеет более гладкую и однородную структуру.
• По сравнению с коммерческими аналогами, SACNT-мембраны показали сопоставимую или более высокую проницаемость при значительно более высокой селективности.
• В очистке муниципальных сточных вод эффективность промывки SACNT-мембраны выросла в 2.3 раза, а эффективность разделения масло/вода достигла 99.2%.

Исследование «Nonpolar cross-stacked super-aligned carbon nanotube membrane for efficient wastewater treatment» опубликовано в Frontiers of Environmental Science & Engineering в 2023 году. Работа предлагает новое решение проблемы загрязнения мембран и повышает эффективность очистки сточных вод, имея широкие перспективы применения.