Penyelidik British telah membangunkan membran gentian berongga seramik yang digabungkan dengan pengoksidaan fotokatalitik untuk merawat air sisa tumbuhan kelapa sawit. Industri minyak sawit adalah tonggak pertanian global, tetapi air sisa tumbuhan sawit (POME) yang dihasilkan semasa pengeluaran mempunyai beban organik yang tinggi dan warna dalam, menjadikan rawatan biologi dan fizikokimia tradisional tidak mencukupi untuk memenuhi piawaian. Pelepasan terus akan membawa kepada eutrofikasi dan kerosakan ekologi. Penyelidik telah membangunkan membran gentian berongga seramik mullite TiO₂-terbenam dua-lapisan untuk menyelesaikan masalah rawatan POME dalam dan kekotoran membran.
I. Reka Bentuk Eksperimen dan Kaedah Penyediaan
1.Bahan dan Struktur: Lapisan dalam adalah mullite tulen, menyediakan sokongan mekanikal dan substrat penapisan; lapisan luar ialah mullit + 1~4 wt% TiO₂, memberikan aktiviti fotomangkin.
2. Proses Penyediaan: Kaedah transformasi fasa + ko-sinter digunakan. Pensinteran pada 1350 darjah menghapuskan masalah penyimpangan-lapisan berganda dan struktur gentian berongga disediakan oleh-acuan penyemperitan bersama.
3. Data Membran: Ketebalan membran siap (selepas pensinteran): Membran satu-lapisan (SL): 900 μm, Membran bilayer: 1090–1310 μm; Panjang membran yang digunakan untuk ujian: 10 cm untuk ujian fotokatalisis, 7 cm untuk ujian pemotongan fluks/pengekalan.
II. Hasil Penyelidikan
1.Korelasi Struktur dan Prestasi: Membran dwilapisan mempamerkan ikatan yang ketat tanpa penembusan, dan TiO₂ berjaya dimuatkan, dengan kandungan Ti meningkat kepada 3.76% dengan penambahan . 3 wt% TiO₂ (DL3) yang meningkat menunjukkan kekuatan lenturan tertinggi (16.34 MPa) dan kestabilan mekanikal yang terbaik; 4 wt% TiO₂ (DL4) mempunyai saiz liang terkecil (28.25 nm), tergolong dalam tahap ultraturasan. Pemuatan TiO₂ mengurangkan keliangan dan fluks air tulen tetapi dengan ketara meningkatkan kestabilan antikotoran dan fluks.
2. Kesan Pemisahan dan Fotokatalitik: Membran dwilapis jauh lebih baik daripada membran-satu lapisan, dengan kadar pengekalan DL₃ sebanyak 54.50%, berbanding hanya 11.27%–19.32% untuk satu-membran lapisan.
- Penyingkiran Bahan Pencemar: DL4 berprestasi terbaik di bawah cahaya UV, mencapai kadar penyingkiran COD sebanyak 44.92% dan kadar penyingkiran warna 52.40%, dengan fluks 18.90 L/(m²・h・bar).
- Kestabilan dan Antikotoran: DL3 dan DL4 menunjukkan kadar pemulihan fluks (FRR) dan indeks kestabilan (SI) yang lebih tinggi dengan ketara, kekal stabil walaupun selepas tiga kitaran, menunjukkan prestasi pembersihan-sendiri yang cemerlang.
- Membran satu-lapisan mengalami kekotoran teruk dan penurunan mendadak dalam fluks, manakala membran-lapisan berganda dengan ketara mengurangkan kekotoran membran akibat degradasi fotomangkin TiO₂ bahan pencemar.
III. Kelebihan, Kelemahan, dan Prospek Masa Depan
Kelebihan Inovatif
- Struktur dua-lapisan mengimbangi kekuatan mekanikal, prestasi penapisan dan aktiviti fotomangkin, menyelesaikan masalah pemisahan dan pemulihan TiO₂.
- Membran seramik tahan terhadap asid, alkali dan suhu tinggi, menjadikannya lebih sesuai untuk aplikasi air sisa industri daripada membran polimer.
- Sifat pembersihan sendiri-mengurangkan kekerapan pembersihan.
Hala Tuju Masa Depan
- Optimumkan pemuatan TiO₂, suhu pensinteran, dan saiz liang membran untuk meningkatkan kecekapan degradasi.
- Doping dengan N dan Zr meluaskan julat tindak balas foto, membolehkan fotokatalisis cahaya boleh dilihat.
- Proses fabrikasi telah dipertingkatkan dan -skala perintis dan pengesahan operasi jangka-panjang telah dijalankan.
IV. Ringkasan
Membran gentian berongga seramik mullite dwilapis TiO₂-tertanam telah berjaya disediakan untuk rawatan air sisa loji kelapa sawit, mencapai kesan sinergistik pemisahan penapisan dan degradasi fotokatalitik. Ia mempamerkan kelebihan ketara dalam anti-kotoran, kestabilan dan-pembersihan diri. Teknologi ini menyediakan penyelesaian yang mampan untuk rawatan mendalam air sisa minyak sawit dan menawarkan rujukan penting untuk reka bentuk dan aplikasi membran fotomangkin berasaskan seramik.