Web of Science (SCI) ha recentemente aggiunto 5 articoli relativi al trattamento dell'acqua con membrane ceramiche.
1. Trasformare i filtri per l'acqua di scarico: una mini-recensione delle membrane ceramiche ottenute da materiali riciclati
Diario: Rifiuti
La crisi idrica globale continua a peggiorare e i rifiuti industriali e urbani continuano ad accumularsi in modo insostenibile, richiedendo urgentemente soluzioni innovative conformi al concetto di economia circolare. Questa recensione esplora il potenziale di trasformazione delle-membrane ceramiche basate sui rifiuti-utilizzandole come strategia sostenibile di purificazione dell'acqua per affrontare contemporaneamente la duplice sfida dell'utilizzo delle risorse di rifiuto e della scarsità di acqua pulita. Le membrane ceramiche tradizionali sono preparate con materiali inorganici di elevata-purezza e sono note per la loro eccellente resistenza alla corrosione chimica, stabilità termica e durata. Ricerche recenti mostrano che i sottoprodotti industriali come il fango rosso, le ceneri volanti, le scorie di altoforno, la ganga di carbone e gli scarti dei rulli dei forni possono essere tutti efficacemente trasformati in materiali filtranti che combinano basso costo e prestazioni elevate. Questo articolo esamina sistematicamente il processo di preparazione, le proprietà dei materiali e gli indicatori di prestazione delle membrane ceramiche a base di rifiuti-, dimostrando la fattibilità di questo approccio: trasformare i rifiuti industriali in materiali filtranti funzionali può non solo ridurre l'inquinamento ambientale ma anche fornire un forte sostegno alla sicurezza idrica globale e allo sviluppo sostenibile.
2. Una membrana ceramica TiO₂/Al₂O₃ autopulente e foto-catalitica e autopulente-per la bonifica delle acque reflue oleose
Rivista: SUPERFICI E INTERFACCE
L'incrostazione della membrana e il decadimento del flusso durante la filtrazione a lungo-termine sono le sfide principali affrontate dalle tecnologie di separazione delle emulsioni acquose-a base di olio-a membrana. Questo studio ha preparato una membrana ceramica multifunzionale con permeabilità idrofila, oleofobicità e proprietà autopulenti fotocatalitiche-per alleviare questi problemi. Questa membrana è stata preparata rivestendo a goccia-un rivestimento di nano-biossido di titanio (TiO₂) su un substrato di allumina porosa (Al₂O₃) seguito da calcinazione. Analisi strutturali, morfologiche e compositive utilizzando la diffrazione dei raggi X (XRD), la microscopia elettronica a scansione (SEM), la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDX) e la mappatura elementare hanno confermato la formazione di uno strato sottile e uniforme di TiO₂ sulla superficie di Al₂O₃ senza alterare la struttura cristallina del substrato o causare il blocco dei pori.
La caratterizzazione della bagnabilità superficiale della membrana Al₂O₃ rivestita con nano-TiO₂ ha rivelato proprietà superidrofile e superoleofile nell'aria, mentre mostrava proprietà superoleofobiche sott'acqua. Questo comportamento di bagnatura unico deriva dall'elevata energia superficiale del TiO₂ stesso e dall'effetto sinergico della struttura gerarchica della rugosità nano/micron sulla superficie della membrana.
I test sulle prestazioni della separazione dell'emulsione olio-acqua con un sistema di filtrazione a flusso incrociato- hanno dimostrato che il flusso del permeato della membrana aumentava in modo approssimativamente lineare all'aumentare della pressione operativa e l'efficienza di separazione rimaneva stabile sopra il 99% nell'intervallo di pressione di 0,5–2 bar. I test di stabilità a lungo-termine dopo 840 minuti di funzionamento continuo hanno dimostrato che, influenzato dalla contaminazione organica (olio), il flusso del permeato è diminuito a circa il 70% del suo valore iniziale, ma l'efficienza di separazione non ha fluttuato in modo significativo. Ancora più importante, sfruttando le intrinseche proprietà fotocatalitiche auto-pulenti del TiO₂, sono stati necessari solo 45 minuti di irradiazione UV per degradare efficacemente gli inquinanti organici accumulati sulla superficie della membrana, ripristinando il flusso a circa il 90% del suo valore iniziale.
3. Recupero dell'acqua di lavanderia utilizzando membrane ceramiche sostenibili da polvere di marmo di scarto: prestazioni, analisi delle incrostazioni
Rivista: ricerca ambientale
L'urbanizzazione accelerata e il rapido sviluppo delle economie emergenti hanno portato a un-sfruttamento eccessivo delle risorse idriche. Sebbene l'agricoltura e l'industria rappresentino oltre il 60% del consumo totale di acqua, anche l'uso residenziale dell'acqua è una fonte significativa di acque reflue-quasi il 50%–80% delle acque reflue scaricate proviene da attività domestiche. La continua crescita della popolazione e l’urbanizzazione fanno aumentare direttamente la domanda di lavanderia, con conseguente notevole quantità di acque reflue per lavanderia.
Questo studio utilizza una membrana ceramica sostenibile preparata da polvere di marmo di scarto per trattare le acque reflue della lavanderia, combinata con un sistema di filtraggio senza uscita-azionato per gravità-, con un conseguente basso costo complessivo del processo. Le prestazioni della membrana sono state valutate sulla base di due dimensioni: rimozione degli inquinanti e capacità antivegetativa. In condizioni di funzionamento a bassa-pressione a soli 0,05 bar, la membrana ha raggiunto tassi di rimozione dell'88% per la domanda chimica di ossigeno (COD), del 98% per le microplastiche (MP) e del 99% per la torbidità. Le concentrazioni di COD e MP nell'acqua non trattata erano rispettivamente 1265 mg/L e 2,88 × 10⁶ particelle/L; dopo il trattamento, il COD è sceso a 145 mg/l, soddisfacendo gli standard di accettazione per l'uso non-potabile. Allo stesso tempo, la membrana ha mostrato eccellenti prestazioni antivegetative, con un tasso di recupero del flusso (FRR) dell'81%.
L'analisi del meccanismo di incrostazione ha mostrato che l'incrostazione della membrana era dominata dagli effetti combinati del completo blocco dei pori e della filtrazione del panello. Questa membrana combina un'elevata efficienza di rimozione degli inquinanti con eccellenti proprietà antivegetative, rendendola ideale per il trattamento delle acque reflue della lavanderia, con l'acqua prodotta direttamente riutilizzabile in applicazioni non-potabili.
4. Disinfezione LED UV-C di Escherichia coli resistente agli antibiotici-nell'acqua: integrazione con filtrazione su membrana ceramica
Rivista: PROCESSI
La diffusione della resistenza agli antibiotici è diventata un problema globale che minaccia la salute pubblica e la sicurezza dell’ecosistema. Lo sviluppo di nuove tecnologie di disinfezione rappresenta una direzione importante per affrontare questa sfida. Questo studio ha utilizzato diodi che emettono luce ultravioletta-profonda (LED UV-C) per convalidare l'inattivazione dell'Escherichia coli resistente agli antibiotici-isolato da ambienti acquatici-del mondo reale (compresa l'acqua di mare, l'acqua di superficie e l'acqua depurata municipale trattata).
L'esperimento ha selezionato due tipiche lunghezze d'onda UV-C, 255 nm e 265 nm, e ha applicato dosi di irradiazione UV di 1–7 mJ/cm² a soluzioni tampone fosfato inoculate con una coltura batterica mista di 10 ceppi di E. coli. I risultati hanno mostrato che con una dose di irradiazione di 2 mJ/cm², entrambe le lunghezze d’onda hanno raggiunto circa cinque ordini di grandezza di inattivazione logaritmica batterica. L'osservazione al microscopio elettronico a scansione (SEM) non ha rivelato cambiamenti significativi nella morfologia batterica dopo l'irradiazione UV, ma è stato osservato un rilevamento quantitativo della formazione di dimeri di pirimidina-sono stati prodotti circa 40 ng/ml di dimeri di ciclobutanepirimidina a entrambe le lunghezze d'onda alla dose di 2 mJ/cm², confermando che il danno al DNA era il meccanismo di inattivazione primario.
Lo studio ha inoltre testato le prestazioni di trattamento dell'acqua della membrana piana in ceramica al carburo di silicio: il tasso medio di rigetto sia per i coliformi totali che per l'E. coli ha raggiunto il 99,9%. Abbinato alla tecnologia LED UV-C e alla tecnologia della membrana ceramica, è possibile ottenere una disinfezione profonda del concentrato della membrana, con un tasso di inattivazione pari o superiore al 99,985%, dimostrando pienamente il potenziale applicativo di questa combinazione tecnologica nel campo della disinfezione efficiente dell'acqua. Immagine
5. L'efficacia delle membrane ceramiche nano-halloysite nella rimozione del piombo dall'acqua inquinata.
Rivista: Scienza e tecnologia dell'acqua
Questo studio ha preparato membrane nanocomposite ceramiche drogate con nanotubi di halloysite (HNT) e nanoparticelle di tetrossido di manganese (Mn₃O₄) e ha valutato sistematicamente le loro prestazioni di rimozione del piombo in acqua. Sei tipi di membrane nanocomposite ceramiche sono state preparate regolando il contenuto di HNT (75, 80, 85 in peso%) e la temperatura di sinterizzazione (900, 1000 gradi), mantenendo costanti l'aggiunta di clinker (8 in peso%) e il drogaggio con Mn₃O₄.
I risultati dei test sul flusso d'acqua hanno mostrato che la membrana H85-900 (contenente l'85% di HNT, sinterizzato a 900 gradi) aveva la migliore permeabilità, con un flusso di 390 L/(m²·h) a 5 bar di pressione. Nei test su soluzioni acquose contenenti piombo sintetizzato, la membrana H80-1000 (contenente l'80% di HNT, sinterizzato a 1000 gradi) ha mostrato il tasso di rimozione del piombo più elevato, raggiungendo il 99,84%. Nei test effettivi di penetrazione delle acque sotterranee, questa membrana ha mantenuto un'elevata efficienza di rimozione pari al 99,16%.
Questo studio ha sintetizzato nanoparticelle di Mn₃O₄ utilizzando un metodo di co-precipitazione ed eseguito una caratterizzazione multi-dimensionale: la microscopia elettronica a scansione (SEM) ha mostrato una cristallizzazione uniforme delle particelle con una dimensione di 30–40 nm; La spettroscopia di fluorescenza a raggi X-(XRF) ha confermato una purezza di Mn₃O₄ del 95,2%; La diffrazione dei raggi X- (XRD) indicava un sistema cristallino tetragonale; e la spettroscopia UV-Vis ha mostrato picchi di assorbimento caratteristici a 220 nm (trasferimento di carica O²⁻-Mn²⁺/Mn³⁺) e 350 nm (transizione del campo cristallino d-d). Questi risultati dimostrano che le membrane ceramiche che utilizzano halloysite di provenienza locale hanno un buon potenziale di applicazione nel campo della bonifica dei metalli pesanti nel trattamento delle acque.
