Gezielte Beschichtung verbessert Graphenoxidmembranen für die Nanofiltration

22. Januar 2021

von Li Yuan, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Nanofiltration (NF) ist eine fortschrittliche Technologie zur Behandlung von Abwasser, das organische Mikroschadstoffe (OMPs) enthält.

Kürzlich entwickelte eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Wan Yinhua vom Institut für Verfahrenstechnik (IPE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine stabile Graphenoxid-Nanofiltrationsmembran mit einheitlicher Porengröße zur Entfernung von OMPs.

Die Studie wurde am 20. Januar im Chemical Engineering Journal veröffentlicht.

Es wird vorgeschlagen, Signalverstärkungsstrategie und Defektchemie zu kombinieren, um die Porengrößenverteilung der Membran zu reduzieren und so eine vielversprechende Methode zur Herstellung hochselektiver NF-Membranen anzubieten.

Graphenoxid (GO) zeigt großes Potenzial in der Molekularsiebung für den Einsatz in NF. GO-Membranen werden im Allgemeinen durch Stapeln von GO-Nanoblättern auf einer porösen Trägerschicht hergestellt. Der Einsatz von GO-Membranen ist jedoch aufgrund ihrer geringen Stabilität in wässrigen Umgebungen begrenzt.

Darüber hinaus können große Defekte, die aus einer ungleichmäßigen Ablagerung von GO-Nanoblättern resultieren, dazu führen, dass die Membranen ein geringes Rückhaltevermögen haben und auch schwere Membranverschmutzung verursachen.

In ihrer Studie schlugen die Forscher eine gezielte Modifikationsstrategie vor, um gleichzeitig die Antifouling-Kapazität von GO-Membranen zu verbessern und ihre Nanokanäle zu regulieren.

Zunächst werden der GO-Lösung Eisenionen (Fe3+) zugesetzt, um eine stabile GO-Membran (GO-Fe) herzustellen. „Das hinzugefügte Fe3+ kann das Signal der Defekte auf der GO-Fe-Membran verstärken, wo sich aufgrund der abstoßenden Wechselwirkung zwischen den benachbarten GO-Nanoblättern größere Querdefekte bilden“, sagte Prof. Luo Jianquan vom IPE.

Anschließend wird die GO-Fe-Membranoberfläche durch eine gezielte Beschichtung aus Tanninsäure-Aminopropyltriethoxysilan (TA-APTES) modifiziert, und die größeren Membrandefekte mit mehr Fe3+ werden dann durch die dickere TA-APTES-Beschichtung ausgebessert. Eine solche „gesprenkelte“ TA-APTES-Beschichtung kann gleichzeitig die Antifouling-Kapazität verbessern und die Porengrößenverteilung der Fe3+-vermittelten GO-Membran verengen.

„Im Vergleich zu den kommerziell erhältlichen Polyamid-NF-Membranen zeigt unsere GO-Membran mit gezielter Beschichtung höhere und stabilere Rückweisungen auf verschiedenen OMPs, selbst im Langzeitbetrieb, bei Cross-Flow-Filtration oder unter hohem Druck“, sagte Prof. Luo.

Mehr Informationen: Sushuang Li et al. Durch Eisenionen vermittelte Defektverengung der Graphenoxid-Nanofiltrationsmembran für eine robuste Entfernung organischer Mikroschadstoffe, Chemical Engineering Journal (2021). DOI: 10.1016/j.cej.2021.128587

Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften