La tecnologia dell'osmosi inversa (RO) ha attirato molta attenzione grazie alla sua ampia applicabilità per la desalinizzazione di acqua salmastra e marina. Le membrane a osmosi inversa in poliammide (PA) a film sottile composito (TFC), costituite da uno strato di separazione denso e uno strato di supporto poroso, sono state i prodotti leader in questo campo. Tuttavia, la bassa permeabilità delle membrane RO in PA e l'incrostazione delle membrane a osmosi inversa TFC limitano l'uso diffuso delle membrane RO in PA TFC.
La sintesi di membrane nanocomposite si è dimostrata un metodo eccellente per combinare i vantaggi dei nanomateriali polimerici e inorganici. Le caratteristiche naturali delle membrane ad osmosi inversa possono essere migliorate ottimizzando la composizione e la struttura. Ad esempio, l'idrotalcite (HT) è stata dispersa in una soluzione acquosa e incorporata nella matrice di PA nella fase di polimerizzazione interfacciale per creare canali di trasporto dell'acqua.
Le membrane risultanti mostrano un'elevata selettività di permeabilità e un maggiore flusso d'acqua senza compromettere la repellenza ai sali. Inoltre, la modifica delle membrane, che include l'incorporazione di nanoparticelle, il rivestimento superficiale e l'innesto, si è dimostrata un approccio efficace per prevenire il biofouling. Tra questi, l'innesto di agenti anti-fouling su nanoparticelle incorporate nella matrice di PA rappresenta un'ottima strategia per conferire proprietà anti-fouling alle membrane ad osmosi inversa senza danneggiare la matrice di PA.
Le nanoparticelle HT sono ricche di gruppi idrossilici, che possono reagire con i gruppi silossilici degli agenti di accoppiamento silanici per ottenere un innesto anti-incrostazione. Pertanto, è possibile ottenere una nuova membrana a osmosi inversa TFC con elevata selettività e proprietà anti-incrostazione utilizzando nanoparticelle HT come dopanti nello strato di PA e innestando sulla superficie della membrana agenti di accoppiamento silanici contenenti gruppi funzionali anti-incrostazione.
Il Prof. Wang Jian dell'Istituto di Desalinizzazione e Utilizzo Integrato dell'Acqua Marina, il Prof. Ma Zhong dell'Università di Scienza e Tecnologia dello Shandong, il Dr. Tian Xinxia dell'Accademia Cinese delle Scienze, ispirati dalle caratteristiche delle nanoparticelle HT e degli agenti di accoppiamento silanici contenenti sali di ammonio quaternario, e i membri del loro team, hanno collaborato allo sviluppo di un nuovo tipo di membrana ad osmosi inversa con elevate prestazioni stabili a lungo termine, migliorando simultaneamente la selettività di permeabilità e la resistenza all'incrostazione.
Il loro lavoro ha migliorato significativamente le prestazioni delle membrane ad osmosi inversa TFC PA e ha fornito preziosi consigli tecnici per il futuro della desalinizzazione dell'acqua di mare. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Frontiers of Environmental Science & Engineering.
In questo studio, nanoparticelle di Mg-Al-CO3 HT sono state incorporate in uno strato di PA mediante dispersione in una soluzione organica durante la polimerizzazione interfacciale. L'inclusione di HT svolge un duplice ruolo, migliorando il flusso d'acqua e fungendo da sito di innesto. L'inclusione di HT ha aumentato il flusso d'acqua senza compromettere il rigetto dei sali, compensando le perdite causate dalla successiva reazione di innesto. La superficie esposta di HT funge da sito di innesto per l'agente antivegetativo dimetilottadecil[3-(trimetossisilil)propil]ammonio cloruro (DMOT-PAC).
La combinazione dell'incorporazione di HT e dell'innesto di DMOTPAC conferisce alle membrane ad osmosi inversa un'elevata selettività di permeabilità e proprietà anti-incrostazione. Il flusso d'acqua della membrana PA-NT-0.06 è risultato pari a 49,8 l/m2·h, ovvero il 16,4% superiore a quello della membrana originale. Il grado di ritenzione del sale nella membrana PA-HT-0.06 è stato del 99,1%, paragonabile a quello della membrana originale. Per quanto riguarda la contaminazione da lisozima a carica negativa, il recupero del flusso acquoso della membrana modificata è risultato superiore a quello della membrana originale (ad esempio, 86,8% per PA-HT-0.06 contro il 78,2% per PA-originale). Il grado di attività battericida della membrana PA-HT-0.06 contro Escherichia coli e Bacillus subtilis è stato rispettivamente del 97,3% e del 98,7%.
Questo studio è il primo a riportare la formazione di legami covalenti tra DMOTPAC e nanoparticelle di HT incorporate in matrici di PA per produrre membrane ad osmosi inversa con elevata selettività di permeabilità e proprietà anti-incrostazione. L'incorporazione di nanoparticelle integrate e l'innesto di gruppi funzionali consentono lo sviluppo di membrane ad osmosi inversa con elevata selettività di permeabilità e proprietà anti-incrostazione.
Ulteriori informazioni: Xinxia Tian et al., Preparazione di una membrana ad osmosi inversa con elevata selettività e proprietà anti-incrostazione per la desalinizzazione dell'acqua di mare, Frontiers in Environmental Science and Engineering (2021). DOI: 10.1007/s11783-021-1497-0
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Data di pubblicazione: 4 gennaio 2023