Các nhà nghiên cứu Anh đã phát triển màng sợi gốm rỗng kết hợp với quá trình oxy hóa quang xúc tác để xử lý nước thải nhà máy dầu cọ. Ngành công nghiệp dầu cọ là trụ cột của nông nghiệp toàn cầu, nhưng nước thải nhà máy dầu cọ (POME) sinh ra trong quá trình sản xuất có hàm lượng hữu cơ cao và màu đậm, khiến các phương pháp xử lý sinh học và hóa lý truyền thống không đủ đáp ứng tiêu chuẩn. Xả trực tiếp sẽ dẫn đến hiện tượng phú dưỡng và thiệt hại sinh thái. Các nhà nghiên cứu đã phát triển màng sợi rỗng gốm mullite mullite hai lớp TiO₂-nhúng để giải quyết các vấn đề về xử lý POME sâu và làm tắc nghẽn màng.
I. Phương pháp thiết kế và chuẩn bị thí nghiệm
1.Vật liệu và cấu trúc: Lớp bên trong là mullite nguyên chất, cung cấp hỗ trợ cơ học và chất nền lọc; lớp ngoài là mullite + 1~4 wt% TiO₂, mang lại hoạt tính quang xúc tác.
2.Quy trình chuẩn bị: Sử dụng phương pháp biến đổi pha + đồng{2}}thiêu kết. Quá trình thiêu kết ở 1350 độ giúp loại bỏ vấn đề tách lớp-kép và cấu trúc sợi rỗng được chuẩn bị bằng phương pháp đúc đồng{6}}đùn.
3.Dữ liệu màng: Độ dày màng hoàn thiện (sau khi thiêu kết): Màng-lớp đơn (SL): 900 μm, Màng hai lớp: 1090–1310 μm; Chiều dài màng được sử dụng để thử nghiệm: 10 cm cho thử nghiệm quang xúc tác, 7 cm cho thử nghiệm cắt dòng/lưu giữ.
II. Kết quả nghiên cứu
1.Tương quan giữa cấu trúc và hiệu suất: Màng hai lớp thể hiện liên kết chặt chẽ mà không bị tách lớp và TiO₂ được nạp thành công, với hàm lượng Ti tăng lên 3,76% khi tăng lượng bổ sung . 3 wt% TiO₂ (DL3) cho thấy cường độ uốn cao nhất (16,34 MPa) và độ ổn định cơ học tốt nhất; 4 wt% TiO₂ (DL4) có kích thước lỗ lọc nhỏ nhất (28,25 nm), thuộc cấp độ siêu lọc. Tải TiO₂ làm giảm độ xốp và dòng nước tinh khiết nhưng cải thiện đáng kể khả năng chống hà và độ ổn định của dòng nước.
2.Tác dụng phân tách và quang xúc tác: Màng hai lớp vượt trội hơn nhiều so với màng-một lớp, với tỷ lệ lưu giữ DL₃ là 54,50%, so với chỉ 11,27%–19,32% của màng-lớp đơn.
- Loại bỏ chất ô nhiễm: DL4 hoạt động tốt nhất dưới ánh sáng tia cực tím, đạt tỷ lệ loại bỏ COD là 44,92% và tỷ lệ loại bỏ màu là 52,40%, với dòng chảy 18,90 L/(m²・h・bar).
- Tính ổn định và chống hà: DL3 và DL4 cho thấy tốc độ phục hồi từ thông (FRR) và chỉ số ổn định (SI) cao hơn đáng kể, vẫn ổn định ngay cả sau ba chu kỳ, thể hiện hiệu suất tự làm sạch vượt trội.
- Màng-lớp đơn bị tắc nghẽn nghiêm trọng và dòng chảy giảm mạnh, trong khi màng-lớp kép làm giảm đáng kể tình trạng tắc nghẽn màng do sự phân hủy quang xúc tác TiO₂ của các chất ô nhiễm.
III. Ưu điểm, nhược điểm và triển vọng tương lai
Ưu điểm sáng tạo
- Cấu trúc-lớp kép cân bằng độ bền cơ học, hiệu suất lọc và hoạt tính xúc tác quang, giải quyết vấn đề tách và thu hồi TiO₂.
- Màng gốm có khả năng chống axit, kiềm và nhiệt độ cao nên chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng xử lý nước thải công nghiệp so với màng polymer.
- Thuộc tính tự làm sạch giúp giảm tần suất làm sạch.
Định hướng tương lai
- Tối ưu hóa tải TiO₂, nhiệt độ thiêu kết và kích thước lỗ màng để cải thiện hiệu quả phân hủy.
- Pha tạp N và Zr mở rộng phạm vi phản ứng quang, cho phép xúc tác quang ánh sáng khả kiến.
- Quá trình chế tạo đã được mở rộng quy mô và việc xác minh-ở quy mô thí điểm và{1}}hoạt động lâu dài đã được tiến hành.
IV. Bản tóm tắt
Màng sợi rỗng gốm mullite hai lớp TiO₂-đã được chế tạo thành công để xử lý nước thải nhà máy dầu cọ, đạt được hiệu quả tổng hợp của quá trình lọc tách và phân hủy quang xúc tác. Nó thể hiện những ưu điểm đáng kể trong việc-chống bám bẩn, ổn định và tự-làm sạch. Công nghệ này cung cấp giải pháp bền vững cho việc xử lý sâu nước thải dầu cọ và cung cấp tài liệu tham khảo quan trọng cho việc thiết kế và ứng dụng màng xúc tác quang-gốm.