Un grupo de investigación dirigido por el profesor Wan Yinhua del Instituto de Ingeniería de Procesos (IPE) de la Academia de Ciencias de China ha desarrollado una nueva membrana de nanofiltración antiincrustante para varios tipos de separación industrial de líquidos. La nueva membrana aplica nuevos conocimientos sobre el papel de la distribución del tamaño de los poros en la filtración.

El estudio fue publicado en ACS Applied Materials &Interfaces el 26 de julio.

Las membranas de nanofiltración han recibido mucha atención en el campo de la purificación del agua y la fabricación de bioproductos debido a su capacidad para separar con precisión solutos específicos de otros componentes.

Sin embargo, la aplicación de membranas de nanofiltración en la industria sufre de ensuciamiento de la membrana que provoca una disminución significativa en el rendimiento de la separación.

Por ejemplo, para la membrana compuesta de película delgada de poliamida más frecuente preparada por polimerización interfacial (IP), la transferencia de masa heterogénea intrínseca del proceso de IP da como resultado una distribución amplia del tamaño de los poros y provoca una distribución desigual del flujo de permeación en la membrana durante la filtración, lo que debilita la capacidad antiincrustante de la membrana de nanofiltración.

Además, las membranas de nanofiltración de uso común tienen abundantes sitios hidrofóbicos (es decir, anillos de benceno) en sus cadenas de poliamida. Estos sitios son propensos a adsorber contaminantes hidrofóbicos.

Los investigadores intentaron mejorar el rendimiento antiincrustante de una membrana de nanofiltración de poliamida reduciendo la distribución del tamaño de los poros a través de un proceso IP múltiple de un solo paso.

En esta estrategia, una solución acuosa de piperazina anhidra (PIP) y γ-(2,3-epoxipropoxi) propiltrimetoxisilano (KH560) se somete a IP con una solución orgánica de cloruro de trimesoilo y ortosilicato de tetraetilo (TEOS) sobre el soporte poroso.

El aditivo reactivo KH560 acelera la velocidad de difusión de PIP para que se enriquezca en el límite de la reacción. Además, la hidrólisis/condensación de KH560 y TEOS en la interfaz acuosa/orgánica forma una red de interpenetración con la red de poliamida, regulando así la estructura de la capa de separación.

Los resultados de la caracterización indican que la membrana de poliamida-sílice tiene una capa de separación más densa, gruesa y uniforme. Los tamaños medios de poro de la membrana de poliamida-sílice y una membrana de poliamida tradicional son 0,62 nm y 0,74 nm, respectivamente, y corresponden a desviaciones estándar geométricas (es decir, distribución del tamaño de poro) de 1,39 y 1,97, respectivamente. Por lo tanto, la membrana de poliamida-sílice con una distribución de tamaño de poro más estrecha muestra un rendimiento antiincrustante más fuerte. En este caso, la relación de decaimiento del flujo disminuye del 18,4 % al 3,8 %.

Además, esta membrana de poliamida y sílice exhibe una impresionante estabilidad antiincrustante a largo plazo durante la decoloración de la melaza de caña a alta temperatura (50 ℃).

"Este trabajo no solo proporciona una nueva estrategia IP múltiple de un solo paso para preparar membranas de nanofiltración antiincrustantes, sino que también enfatiza la importancia de la distribución del tamaño de los poros en el control de incrustaciones para varias separaciones de líquidos industriales", dijo el profesor Luo Jianquan de IPE, autor correspondiente de el estudio. "Tal membrana de nanofiltración promete mejorar la robustez de las membranas de nanofiltración compuestas de película delgada en la separación industrial de líquidos". + Explora más

Una nueva estrategia de modificación dirigida mejora la selectividad de las membranas de nanofiltración de poliamida