Ricercatori britannici hanno sviluppato una membrana ceramica a fibra cava combinata con l’ossidazione fotocatalitica per trattare le acque reflue delle piante da olio di palma. L’industria dell’olio di palma è un pilastro dell’agricoltura globale, ma le acque reflue delle piante da olio di palma (POME) prodotte durante la produzione hanno un elevato carico organico e un colore intenso, rendendo i tradizionali trattamenti biologici e fisico-chimici insufficienti a soddisfare gli standard. Lo scarico diretto porterebbe all’eutrofizzazione e al danno ecologico. I ricercatori hanno sviluppato una membrana a fibra cava ceramica mullite a doppio strato-incorporata in TiO₂-per risolvere i problemi del trattamento POME profondo e dell'incrostazione della membrana.
I. Metodo di progettazione e preparazione sperimentale
1.Materiali e struttura: lo strato interno è costituito da mullite pura, che fornisce supporto meccanico e un substrato di filtrazione; lo strato esterno è mullite + 1~4% in peso di TiO₂, che conferisce attività fotocatalitica.
2.Processo di preparazione: viene utilizzato un metodo di trasformazione di fase + co-sinterizzazione. La sinterizzazione a 1350 gradi elimina il problema della delaminazione del doppio-strato e la struttura a fibra cava viene preparata mediante stampaggio a co-estrusione.
3. Dati sulla membrana: spessore della membrana finita (dopo la sinterizzazione): membrana a strato singolo- (SL): 900 μm, membrana a doppio strato: 1090–1310 μm; Lunghezza della membrana utilizzata per il test: 10 cm per il test di fotocatalisi, 7 cm per il test di cutoff di flusso/ritenzione.
II. Risultati della ricerca
1. Correlazione tra struttura e prestazioni: la membrana a doppio strato mostra un legame stretto senza delaminazione e TiO₂ viene caricato con successo, con il contenuto di Ti che aumenta al 3,76% con l'aumento dell'aggiunta. 3% in peso di TiO₂ (DL3) mostra la massima resistenza alla flessione (16,34 MPa) e la migliore stabilità meccanica; Il 4% in peso di TiO₂ (DL4) ha la dimensione dei pori più piccola (28,25 nm), appartenente al livello di ultrafiltrazione. Il caricamento di TiO₂ riduce la porosità e il flusso di acqua pura, ma migliora significativamente l'antivegetativa e la stabilità del flusso.
2.Separazione ed effetti fotocatalitici: la membrana a doppio strato è di gran lunga superiore alla membrana a strato singolo-, con un tasso di ritenzione DL₃ del 54,50%, rispetto al solo 11,27%–19,32% della membrana a strato singolo-.
- Rimozione degli inquinanti: DL4 ha ottenuto risultati migliori sotto la luce UV, ottenendo un tasso di rimozione del COD del 44,92% e un tasso di rimozione del colore del 52,40%, con un flusso di 18,90 L/(m²・h・bar).
- Stabilità e antivegetativa: DL3 e DL4 hanno mostrato un tasso di recupero del flusso (FRR) e un indice di stabilità (SI) significativamente più elevati, rimanendo stabili anche dopo tre cicli, dimostrando prestazioni autopulenti eccezionali.
- Le membrane a-strato singolo soffrono di gravi incrostazioni e di un forte calo del flusso, mentre le membrane a doppio-strato alleviano in modo significativo le incrostazioni delle membrane dovute alla degradazione fotocatalitica del TiO₂ degli inquinanti.
III. Vantaggi, svantaggi e prospettive future
Vantaggi innovativi
- La struttura a doppio-strato bilancia la resistenza meccanica, le prestazioni di filtrazione e l'attività fotocatalitica, risolvendo il problema della separazione e del recupero del TiO₂.
- Le membrane ceramiche sono resistenti agli acidi, agli alcali e alle alte temperature, il che le rende più adatte per le applicazioni sulle acque reflue industriali rispetto alle membrane polimeriche.
- Le proprietà auto-pulenti riducono la frequenza della pulizia.
Direzioni future
- Ottimizza il caricamento di TiO₂, la temperatura di sinterizzazione e la dimensione dei pori della membrana per migliorare l'efficienza della degradazione.
- Il drogaggio con N e Zr amplia la gamma della fotorisposta, consentendo la fotocatalisi della luce visibile.
- Il processo di fabbricazione è stato ampliato e sono state condotte verifiche operative su scala pilota e a lungo termine.
IV. Riepilogo
Una membrana a fibra cava ceramica mullite a doppio strato incorporata in TiO₂- è stata preparata con successo per il trattamento delle acque reflue delle piante da olio di palma, ottenendo effetti sinergici di separazione mediante filtrazione e degradazione fotocatalitica. Presenta vantaggi significativi in termini di antivegetativa, stabilità e autopulizia. Questa tecnologia fornisce una soluzione sostenibile per il trattamento profondo delle acque reflue dell'olio di palma e offre un importante riferimento per la progettazione e l'applicazione di membrane fotocatalitiche a base ceramica-.