MBR을위한 중공 섬유 막의 공급 업체로서, 나는 막 친수성이 막 생물 반응기 (MBR)의 성능에서 수행하는 중요한 역할을 직접 목격했다. 친수성, 물 분자와 상호 작용하는 물질의 능력은 MBR 적용에서 중공 섬유 막의 효율과 수명에 크게 영향을 미칩니다. 이 블로그 게시물에서는이 막의 친수성을 향상시키기위한 효과적인 전략을 공유하여 업계에서의 경험을 바탕으로합니다.
MBR에서 친수성의 중요성을 이해합니다
친수성을 개선하는 방법을 탐구하기 전에 MBR에서 왜 중요한지 이해하는 것이 필수적입니다. MBR은 액체로부터 고형물을 분리하는 데 높은 효율로 인해 폐수 처리에 널리 사용됩니다. 중공 섬유 막은 현탁 된 고형물, 박테리아 및 기타 오염 물질을 유지하면서 물을 통과 할 수있는 물리적 장벽으로 작용합니다.
친수성 막은 MBR 응용 분야에서 소수성을보다 몇 가지 장점을 가지고있다. 첫째, 그들은 파울 경향이 낮습니다. 오염 물질은 막 표면 또는 기공 내에 축적되어 막의 투과성을 줄이고 여과에 필요한 에너지를 증가시킬 때 발생합니다. 친수성 막은 물 분자를 유치하여 표면에 얇은 물 층을 형성하여 윤활제로서 작용하여 오염 물질의 접착을 방지합니다.
둘째, 친수성 막은 일반적으로 더 높은 물 플럭스를 갖는다. 물 플럭스는 단위 면적 및 시간당 막을 통과하는 물의 양입니다. 물에 대한 친수성 막의 친화도는 막을 가로 질러 수송을 더 쉽게 할 수있어 여과 속도가 높아집니다.
친수성을 향상시키기위한 전략
표면 변형
중공 섬유 막의 친수성을 향상시키는 가장 일반적인 방법 중 하나는 표면 변형입니다. 이 접근법은 물에 대한 친화력을 증가시키기 위해 막 표면의 화학적 조성 또는 물리적 구조를 변화시키는 것을 포함한다.
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화학 이식: 화학 이식은 친수성 기능 그룹이 막 표면에 공유 결합되는 기술입니다. 예를 들어, 하이드 록실 (-OH), 카르 복실 (-COOH) 또는 설 폰산 (-SOAT)을 함유하는 중합체는 막 표면에 접목 될 수있다. 이 기능적 그룹은 물 분자에 대한 강한 친화력을 가지며 막의 친수성을 향상시킨다. [1]
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혈장 치료: 혈장 처리는 저온 혈장을 사용하여 막 표면을 활성화시키는 물리적 표면 변형 방법입니다. 혈장에는 막 표면에서 화학적 결합을 파괴하고 새로운 기능 그룹을 유발할 수있는 이온, 라디칼 및 전자와 같은 고도로 반응성이 높은 종을 포함합니다. 예를 들어, 산소 혈장 처리는 하이드 록실 및 카르 보닐기와 같은 산소 함유 기능 그룹을 도입하여 막의 친수성을 증가시킬 수 있습니다. [2]
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코팅: 친수성 중합체로 막 표면을 코팅하는 것은 친수성을 향상시키는 또 다른 효과적인 방법이다. 폴리 비닐 알코올 (PVA), 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 키토산과 같은 친수성 중합체는 막 표면상의 얇은 층으로서 적용될 수있다. 이들 중합체는 친수성 장벽을 형성하여 오염을 줄이고 물 플럭스를 증가시킨다. [3]
막 준비를 혼합하십시오
블렌드 막 제제는 중공 섬유 막을위한 염기 물질로서 일반적으로 사용되는 소수성 중합체를 혼합하는 것을 포함하며, 막 제조 공정 동안 친수성 중합체와 함께. 소수성 중합체 매트릭스 내에서 친수성 중합체 ic ic S는 개선 된 친수성을 갖는 막을 생성한다.
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중합체 선택: 블렌드 멤브레인을 준비 할 때 호환 폴리머를 선택하는 것이 중요합니다. 친수성 중합체는 균질 한 혼합을 보장하기 위해 소수성 중합체와의 잘못된 오해를 가져야한다. 예를 들어, 친수성 중합체 인 폴리 비닐 피 롤리 돈 (PVP)과 함께 중공 섬유 막에 일반적으로 사용되는 소수성 중합체 인 폴리 비닐 리덴 불소 (PVDF)는 막의 친수성을 상당히 향상시킬 수있다. [4]
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혼합 비율 최적화: 블렌드에서 소수성 및 친수성 중합체의 비율은 막의 특성에 영향을 미친다. 친수성 중합체의 더 높은 비율은 일반적으로 친수성 및 물 플럭스를 증가시킨다. 그러나, 너무 많은 친수성 중합체가 막의 기계적 강도를 손상시킬 수있다. 따라서, 친수성과 기계적 성능 사이의 균형을 달성하기 위해 혼합 비율을 최적화해야합니다.
나노 물질 혼입
막 매트릭스에 나노 물질을 통합하는 것은 중공 섬유 막의 친수성을 개선하기위한 비교적 새로운 접근법이다. 나노 물질은 높은 표면적 및 표면 에너지와 같은 독특한 특성을 가지며, 이는 막의 물 분자와의 상호 작용을 향상시킬 수 있습니다.
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금속 산화물 나노 입자: 제조 공정 동안 이산화 티타늄 (TIO), 산화 아연 (ZNO) 및 실리카 (SIO₂)와 같은 금속 산화물 나노 입자가 막을 공정 동안 막 DOPE 용액에 첨가 할 수있다. 이들 나노 입자는 막 표면에 추가 친수성 부위를 제공함으로써 막의 친수성을 증가시킬 수있다. 예를 들어, 티오 ₂ 나노 입자는 표면에 하이드 록실기의 존재로 인해 물에 대한 친화력이 높다. [5]
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탄소 나노 튜브 (CNT): CNT는 높은 표면적뿐만 아니라 우수한 기계 및 전기 특성을 가지고 있습니다. CNT를 막 매트릭스에 통합하면 막의 친수성 및 투과성이 향상 될 수 있습니다. CNT의 중공 구조는 빠른 수송을 허용하는 반면, 그들의 표면은 친수성 그룹과 기능하여 물과의 상호 작용을 향상시킬 수 있습니다. [6]
사례 연구
이러한 전략의 효과를 설명하기 위해 일부 사례 연구를 살펴 보겠습니다.
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표면 변형 막매립지 침출수 처리: 매립지 침출수 처리 프로젝트에서, 표면 변형 중공 섬유 막을 MBR 시스템에 사용 하였다. 막을 산소 혈장으로 처리하여 표면에 친수성 기능 그룹을 도입 하였다. 결과는 처리되지 않은 막에 비해 오염이 크게 감소하여 막 수명이 길고 운영 비용이 더 낮아졌습니다.
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폐수 처리를위한 막을 혼합하십시오: PVDF 및 PVP를 혼합하여 제조 된 블렌드 멤브레인을 폐수 처리장에 사용 하였다. 블렌드 멤브레인은 순수한 PVDF 막보다 더 높은 물 플럭스와 더 나은 항-기울기 성능을 가졌다. 블렌드 막의 친수성 PVP 성분은 물 분자를 유치하여 오염 물질의 접착을 방지하고 높은 여과 속도를 유지합니다.
결론
MBR에 대한 중공 섬유 막의 친수성을 개선하는 것은 폐수 처리 응용 분야에서의 성능을 향상시키는 데 중요합니다. 표면 변형, 블렌드 멤브레인 제제 및 나노 물질 혼입은 물에 대한 막의 친화력을 높이고, 오염을 줄이며, 물 플럭스를 개선하기위한 효과적인 전략이다.
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참조
[1] Zhao, X., & Shi, X. (2015). 폴리 비닐 리덴 불소 (PVDF) 막의 표면 변형 - 검토. 화학 공학 저널, 261, 1-12.
[2] Lee, HK, & Park, HB (2012). 개선 된 습윤성 및 항-풀 링 특성을위한 PVDF 막의 혈장 표면 변형. 막 과학 저널, 403-404, 128-135.
[3] Zhang, X., & Chen, V. (2010). 수처리 막 나노 복합체의 검토. 막 과학 저널, 362 (1-2), 1-16.
[4] Li, X., & Matsuura, T. (2006). 고성능을 갖는 PVDF/PVP 블렌드 멤브레인의 준비 및 특성. 막 과학 저널, 278 (1-2), 36-44.
[5] Wang, Y., & Wang, J. (2013). PVDF/TIO₂ 복합외 여과 멤브레인의 준비 및 성능. 막 과학 저널, 440, 121-128.
[6] Liu, X., & Zhang, L. (2014). 물 정제를위한 탄소 나노 튜브/중합체 복합 멤브레인. 재료 화학 저널 A, 2 (40), 16823-16837.