自我维持的实际上电纺聚氨酯纳米纤维膜制造和测试在一个直接接触膜蒸馏装置,以找到最佳膜厚跨膜通量率,最大限度地减少热损失。还在高矿化度盐潴留和通量100 g公斤gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba进行了评估。尽管复杂结构纳米纤维层的极端的比表面和孔隙度、膜性能是令人惊讶的是可预测的;最高和最薄的膜通量达到最好的能源效率达到最厚的膜。盐膜都保持在99%以上。纳米技术提供可能找到现代海水淡化的浪费水的解决方案,通过引入新材料革命性质,但必须开发新的膜根据目标应用程序。gydF4y2Ba
作为饮用水的要求是每年上升和更严格的环境立法,明确需要发展的新技术和材料来应对这些挑战。尽管许多新方法每天都检查,以找到一个解决方案较低能耗、高功效,并使用替代能源的可能性,最新奇事物不耐用和可靠的现有技术,如反渗透(RO)。罗的未来前景,另一方面,可能看起来很复杂的能源需求和盐水生产都是不可持续的高(gydF4y2Ba
在开发新的MD膜,膜透性的最大化和疏水性的泡点压力和接触角显然是可取的,因为低污染和化学和机械稳定性gydF4y2Ba
实际上电纺纳米纤维膜跨膜通量明显优于当前使用的疏水微孔膜(gydF4y2Ba
这项工作由电纺的新奇和测试nonlaminated自给的PUR膜MD在废水处理中的应用。他们的性能是评价跨膜通量而言,能源效率,和盐潴留,包括测试在不同的循环速度和不同盐浓度的饲料的解决方案。gydF4y2Ba
的平板纳米纤维PUR膜是由连续的针头电纺的过程,使用NanoSpider™转轮(Elmarco)。PUR树脂(Larithane Al286, Novotex Italiana公司。,分子量2000克摩尔gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba,技术等级质量,提供30% w / w。解决方案在DMF)和N, N-dimethylformamide (Sigma-Aldrich)都作为收到。聚合物溶液是由溶解在DMF PUR聚合物。聚合物浓度设置为18% w / w。解决方案是搅拌2小时21°C在电磁搅拌器密封烧杯防止溶剂蒸发。gydF4y2Ba
NanoSpider™是配备了一个0.2毫米线发射电极和一个静态线收集电极。聚合物解决方案应用于发射电极移动器。两个电极连接到高压电源。电极之间的电压是70千伏和电极之间的距离保持不变在175毫米。电纺的室内的相对湿度保持在20%以下24°C减少缺陷的形成。纳米纤维被收集在一个nonadhesive纸底物排放和收集电极之间传递。生产速度根据所需的纳米纤维膜薄板厚度不同。gydF4y2Ba
四个不同的个人膜制造的不同表面密度克每平方米(GSM) 6、10、25, 40 g mgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba,指定为PUR06 PUR10 PUR25, PUR40。较低体重膜(6和10 g mgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba)准备在一个步骤基质的变化速度。这两个厚膜是由多个的衬底材料通过旋转室,PUR25 3传递和PUR40 5传递。制备纳米纤维膜被设计成自立;因此分层过程并不是必要的。PUR膜的力学性能满足处理的膜和在医学中的应用。gydF4y2Ba
实验室规模的膜进行直接接触(DCMD)单元0.02gydF4y2Ba2gydF4y2Ba平板模块。逆流再循环是由蠕动泵有两个转子。两个饲料温度50和60°C进行了测试,以评估潜在的not-so-temperature-resistant PUR膜热恶化。通过四个热电偶温度测量模块入口和出口管道。优莱博两个热水澡,F12劳达420,被用来设置动力根据对数平均温差(LMTD)和保持在10°C在所有的实验。gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2Ba
Tescan Vega3SB (CZ)被用来研究细胞膜的结构和厚度。这个高真空扫描电子显微镜测量非盟/ Pt涂层样品在加速电压30.0 kV。膜的截面厚度被打破了在液氮冻膜。获取纤维尺寸和膜厚度、图像分析是在Tescan软件完成的。gydF4y2Ba
这项工作的主要目的是评估纳米纤维膜的结构参数(表gydF4y2Ba
膜结构属性。gydF4y2Ba
| 膜的代码gydF4y2Ba | 厚度(gydF4y2Ba |
GSMgydF4y2Ba |
接触角(°)gydF4y2Ba | Max。孔隙大小(gydF4y2Ba |
分钟孔隙大小(gydF4y2Ba |
泡点压力(bar)gydF4y2Ba |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PUR06gydF4y2Ba | 10gydF4y2Ba | 6.0gydF4y2Ba | 97.8gydF4y2Ba | 0.8638gydF4y2Ba | 0.3194gydF4y2Ba | 0.7425gydF4y2Ba |
| PUR10gydF4y2Ba | 16gydF4y2Ba | 10.0gydF4y2Ba | 119.0gydF4y2Ba | 0.6424gydF4y2Ba | 0.3539gydF4y2Ba | 0.9965gydF4y2Ba |
| PUR25gydF4y2Ba | 74年gydF4y2Ba | 25.6gydF4y2Ba | 127.2gydF4y2Ba | 0.4986gydF4y2Ba | 0.4469gydF4y2Ba | 1.2834gydF4y2Ba |
| PUR40gydF4y2Ba | 148年gydF4y2Ba | 40.1gydF4y2Ba | 132.0gydF4y2Ba | 0.4987gydF4y2Ba | 0.4438gydF4y2Ba | 1.2839gydF4y2Ba |
纳米纤维膜有一个相似的外观和类似的纤维直径;但是主要厚样本显示某些不规则形式的聚合物和溶剂融合(图gydF4y2Ba
膜结构的垂直扫描电镜显微图(10.000 x): PUR40, PUR25 PUR10, PUR06。gydF4y2Ba
横截面显微图(图gydF4y2Ba
膜的截面:PUR40 (500 x), PUR25 (500 x), PUR10 (500 x)和PUR06 (5.000 x)。gydF4y2Ba
错流速度对跨膜通量的影响是积极的(图gydF4y2Ba
切向速度的影响在跨膜通量50°C和60°C。gydF4y2Ba
随着膜本身是一个净质量输运阻力,跨膜通量随膜厚度和唯一的限制似乎物理纳米纤维层的一致性。最薄的PUR06确实很难操作和测量必须重复多次由于微小膜破裂出现在测试期间,最有可能造成的不文雅的夹紧到膜垫片。随着时间的推移,没有观察到显著的性能下降对进料温度,表明PUR膜有足够的热稳定性、MD膜的关键方面。gydF4y2Ba
MD效率是有效的蒸汽冷凝热的比例超过总热量较高的跨膜运输和理论上应该增加错流速度,考虑到的驱动力LMTD占所有四个进口和出口的温度。热效率随膜厚度和错流速度,以及饲料温度测试膜(图gydF4y2Ba
膜厚度对过程效率的影响。gydF4y2Ba
不过,各种纳米纤维膜之间的差异在几个百分比的范围;因此,要达到相同的通量在实际应用程序中,它将流程运营费用管理决定是否薄膜比更高更可取的进料温度或极端的再循环速度。gydF4y2Ba
所有MD膜的主要目标是保持最大溶解固体,而且,与压力驱动过程,只有小通量下降是在高水位会复苏。馏分油纯度的差异是可以忽略不计的,因为99.9%的盐被保留在提要(图gydF4y2Ba
保留和通量在不同矿化度60°C饲料温度。gydF4y2Ba
另一方面,跨膜通量是影响饲料的浓度。这是最明显的用最薄的膜,在盐度最高并没有表现出任何变化(图gydF4y2Ba
两个厚膜的通量,PUR40 PUR25,似乎是由提要盐度影响最小,即使在10%盐水通量下降只有71%和64%的初始值,分别,结果没有想象的罗依。薄膜之间有一个明显的模式有更多的层和薄单程PUR10 PUR06,通量下降98%和70,分别。gydF4y2Ba
开放结构的纳米纤维层,特别是没有任何疏水治疗,很容易小内部水分子穿透细胞膜,导致孔隙润湿和通量下降(gydF4y2Ba
废水的除盐,厚膜似乎是一个更好的解决方案。由于他们强大的建筑,更流畅的操作有更好的能源效率可以预期。最好的样品的确是最厚的PUR40, PUR25一样的通量,但更好的热效率。除非极端通量是必需的,最薄的膜PUR06厚度为10gydF4y2Ba
四PUR膜与不同厚度一直在制造和测试来找到最佳结构参数和操作条件最好的医学博士在废水处理的表现。gydF4y2Ba
薄膜的通量达到最高和最好的能源效率是实现厚膜。也建议选择更高的机械强度的膜为了维持交通属性和治疗非常饱和的可能性的解决方案。从传热传质角度来看,最好的膜在高温循环速度和较高的饲料,尽管这两种操作条件应根据特定调整饲料和经济方面。gydF4y2Ba
高度多孔和互连结构的纳米纤维膜有助于克服MD的冲突和复杂的结构要求,可能会引入一个突破现代废水处理技术。然而,有几个重大的挑战需要解决之前MD成为主流技术:gydF4y2Ba
最好的总体性能是通量和能源效率之间的妥协,和最好的平衡是实现厚膜。gydF4y2Ba
能够产生足够大的膜表面可能会限制总体单位生产能力。gydF4y2Ba
即使最终价格强烈依赖于聚合物的类型和厚度,一般在30到100美元的范围gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba这是罗依的几倍。gydF4y2Ba
膜区(gydF4y2Ba
在定压热容(JgydF4y2Ba
进料浓度(ggydF4y2Ba
馏分油浓度(ggydF4y2Ba
直接接触膜蒸馏gydF4y2Ba
焓凝结(JgydF4y2Ba
温差(K)gydF4y2Ba
二甲基甲酰胺gydF4y2Ba
能源效率(%)gydF4y2Ba
表面密度(ggydF4y2Ba
对数平均温差(gydF4y2Ba
质量流率(公斤gydF4y2Ba
膜蒸馏gydF4y2Ba
跨膜通量(公斤gydF4y2Ba
聚氨酯gydF4y2Ba
保留(%)gydF4y2Ba
反渗透gydF4y2Ba
扫描电子显微镜。gydF4y2Ba
作者宣称没有利益冲突有关的出版。gydF4y2Ba
提交结果实现项目的框架LO1418“膜创新中心的进步发展,”支持的项目转专业我教育部,青年和体育部长的捷克共和国,使用膜的创新中心的基础设施。研究也支持由教育部,青年和运动目标的框架支持1201年“国家项目可持续性我”LO和OPR&DI项目“纳米材料中心,先进的技术和创新,“CZ.1.05/2.1.00/01.0005。gydF4y2Ba