تقنية جديدة لتحسين الانتقائية العالية ومقاومة التلوث لأغشية التناضح العكسي.

حظيت تقنية التناضح العكسي باهتمام واسع النطاق نظرًا لتطبيقاتها المتعددة في تحلية المياه قليلة الملوحة ومياه البحر. وتُعد أغشية التناضح العكسي المصنوعة من البولي أميد (PA) ذات الطبقة الرقيقة المركبة (TFC)، والتي تتكون من طبقة فصل كثيفة وطبقة دعم مسامية، من المنتجات الرائدة في هذا المجال. مع ذلك، فإن انخفاض نفاذية أغشية التناضح العكسي المصنوعة من البولي أميد (PA) وتلوث أغشية التناضح العكسي المصنوعة من البولي أميد (TFC) يحدّان من استخدامها على نطاق واسع.
أثبتت عملية تصنيع الأغشية النانوية المركبة أنها طريقة ممتازة للجمع بين مزايا المواد النانوية البوليمرية وغير العضوية. ويمكن تحسين الخصائص الطبيعية لأغشية التناضح العكسي من خلال ضبط التركيب والبنية بدقة. فعلى سبيل المثال، تم تشتيت الهيدروتالسيت (HT) في محلول مائي وإدراجه في مصفوفة البولي أميد (PA) في مرحلة البلمرة البينية لإنشاء قنوات لنقل الماء.
تتميز الأغشية الناتجة بانتقائية نفاذية عالية وزيادة في تدفق المياه دون التأثير على خاصية طرد الأملاح. بالإضافة إلى ذلك، أثبت تعديل الأغشية، بما في ذلك دمج الجسيمات النانوية، والطلاء السطحي، والتطعيم، فعاليته في منع التلوث الحيوي. ومن بين هذه الطرق، يُعد تطعيم عوامل مقاومة التلوث على الجسيمات النانوية المدمجة في مصفوفة البولي أميد استراتيجية ممتازة لإضفاء خصائص مقاومة التلوث على أغشية التناضح العكسي دون إتلاف مصفوفة البولي أميد.
تتميز جسيمات HT النانوية بغناها بمجموعات الهيدروكسيل، التي تتفاعل مع مجموعات السيلوكسي في عوامل اقتران السيلان لتحقيق تطعيم مضاد للتلوث. وبالتالي، يمكن الحصول على غشاء تناضح عكسي جديد ذي طبقة رقيقة مركبة (TFC) يتميز بانتقائية عالية وخصائص مضادة للتلوث، وذلك باستخدام جسيمات HT النانوية كعوامل مضافة في طبقة PA وتطعيم عوامل اقتران السيلان المحتوية على مجموعات وظيفية مضادة للتلوث على سطح الغشاء.
استلهم البروفيسور وانغ جيان من معهد تحلية المياه واستخدام مياه البحر المتكاملة، والبروفيسور ما تشونغ من جامعة شاندونغ للعلوم والتكنولوجيا، والدكتورة تيان شينشيا من الأكاديمية الصينية للعلوم، من خصائص جسيمات HT النانوية وعوامل اقتران السيلان التي تحتوي على أملاح الأمونيوم الرباعية، وأعضاء فريقهم، جهودًا حثيثة لتطوير نوع جديد من أغشية التناضح العكسي يتميز بأداء عالٍ ومستقر على المدى الطويل، وذلك من خلال تحسين نفاذية الغشاء وانتقائيته ومقاومته للتلوث في آن واحد.
ساهم عملهم بشكل ملحوظ في تحسين أداء أغشية التناضح العكسي TFC PA، وقدم نصائح تقنية قيّمة لمستقبل تحلية مياه البحر. نُشرت الدراسة في مجلة Frontiers of Environmental Science & Engineering.
في هذه الدراسة، تم دمج جسيمات نانوية من كربونات المغنيسيوم والألومنيوم (Mg-Al-CO3 HT) في طبقة من البولي أميد (PA) عن طريق تشتيتها في محلول عضوي أثناء عملية البلمرة البينية. يؤدي دمج هذه الجسيمات النانوية دورًا مزدوجًا، حيث يعزز تدفق الماء ويعمل كموقع للتطعيم. وقد أدى دمجها إلى زيادة تدفق الماء دون التأثير سلبًا على كفاءة إزالة الأملاح، مما يعوض الخسائر الناتجة عن تفاعل التطعيم اللاحق. يعمل السطح المكشوف للجسيمات النانوية كموقع تطعيم لعامل منع التلوث البيولوجي، وهو كلوريد ثنائي ميثيل أوكتاديسيل [3-(تريميثوكسي سيليل) بروبيل] الأمونيوم (DMOT-PAC).
يُضفي دمج HT مع تطعيم DMOTPAC على أغشية التناضح العكسي خصائص انتقائية عالية للنفاذية ومقاومة للتلوث. بلغ تدفق الماء عبر غشاء PA-NT-0.06 49.8 لتر/م²·ساعة، أي بزيادة قدرها 16.4% عن الغشاء الأصلي. وبلغت نسبة رفض ملح PA-HT-0.06 99.1%، وهي نسبة مماثلة لتلك الخاصة بالغشاء الأصلي. وفيما يتعلق بتلوث الليزوزيم سالب الشحنة، كان استعادة التدفق المائي للغشاء المُعدَّل أعلى من الغشاء الأصلي (على سبيل المثال، 86.8% لـ PA-HT-0.06 مقابل 78.2% لـ PA الأصلي). وبلغت درجة النشاط المُبيد للبكتيريا لـ PA-HT-0.06 ضد الإشريكية القولونية والعصوية الرقيقة 97.3% و98.7% على التوالي.
تُعدّ هذه الدراسة الأولى من نوعها التي تُوثّق تكوين روابط تساهمية بين جزيئات DMOTPAC وجزيئات HT النانوية المُدمجة في مصفوفات PA، وذلك لإنتاج أغشية التناضح العكسي ذات نفاذية وانتقائية عاليتين، فضلاً عن خصائصها المقاومة للتلوث. ويُمكّن دمج الجزيئات النانوية وتطعيم المجموعات الوظيفية من تطوير أغشية التناضح العكسي ذات النفاذية والانتقائية العالية، وخصائصها المقاومة للتلوث.
للمزيد من المعلومات: شينشيا تيان وآخرون، تحضير غشاء التناضح العكسي ذي الانتقائية العالية وخصائص مقاومة التلوث لتحلية مياه البحر، مجلة فرونتيرز في علوم وهندسة البيئة (2021). DOI: 10.1007/s11783-021-1497-0
إذا وجدت خطأً مطبعياً أو معلومة غير دقيقة، أو أردتَ تقديم طلب لتعديل محتوى هذه الصفحة، فيُرجى استخدام هذا النموذج. للاستفسارات العامة، يُرجى استخدام نموذج الاتصال. ولإبداء الملاحظات العامة، يُرجى استخدام قسم التعليقات العامة أدناه (نرجو تقديم اقتراحاتكم).
ملاحظاتكم تهمنا كثيراً. مع ذلك، ونظراً لكثرة الرسائل، لا يمكننا ضمان الرد على كل رسالة على حدة.
يُستخدم عنوان بريدك الإلكتروني فقط لإعلام المستلمين بهوية المرسل. ولن يُستخدم عنوانك أو عنوان المستلم لأي غرض آخر. ستظهر المعلومات التي أدخلتها في بريدك الإلكتروني ولن يتم تخزينها من قِبل موقع Phys.org بأي شكل من الأشكال.
احصل على تحديثات أسبوعية و/أو يومية في بريدك الإلكتروني. يمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت، ولن نشارك بياناتك مع أي جهة خارجية.
يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط لتسهيل التصفح، وتحليل استخدامك لخدماتنا، وجمع البيانات لتخصيص الإعلانات، وتوفير محتوى من جهات خارجية. باستخدامك موقعنا، فإنك تقرّ بأنك قد قرأت وفهمت سياسة الخصوصية وشروط الاستخدام الخاصة بنا.