Development of nanocomposite membranes for dairy wastewater treatment

Abstract

A doktori munkám során poli(vinilidén-fluorid) (PVDF), TiO2, szén nanocső (CNT) és/vagy BiVO4 tartalmú új fotokatalitikus nanokompozit membránokat készítettem, fázisinverziós módszerrel. A kész membránok hatékonyságát modell vagy valós tejipari szennyvíz szűrése során vizsgáltam. A membránokat számos felületvizsgálati módszerrel jellemeztem, pl. SEM, AFM, XRD és EDX méréseket végeztem. Az XRD és SEM mérések kimutatták, hogy a nanorészecskék 200-300 nm-es aggregátumok formájában jelennek meg a membránban, ami növelte a kompozit kevert membránok felületi érdességét (AFM eredmények). Az EDX mérések azt mutatták, hogy a fehérjék viszonylag nagy területet fedtek le a PVDF membrán felületén, amely magas N/F arányhoz vezetett, amely a membrán módosításával jelentősen csökkenthető volt. A TiO2, szén nanocső (CNT) és/vagy BiVO4 nanorészecskék hozzáadása a PVDF membrán anyagához növelte a módosított membránok hidrofilitását. A PVDF/TiO2/CNT/BiVO4 nanokompozit membrán tiszta víz fuxusa 150,52 Lm−2 h−1 volt, ami kétszerese a nem módosított PVDF membránon mérhető értéknek, míg a membrán marha szérum albumin (BSA) visszatartása 97 % volt. Az membránok 1%-ban tartalmaztak nanorészecskéket, ezen belül az optimális CNT arány 2%, míg a BiVO4 optimális aránya 50% volt a fluxus-visszanyerési arány és az eltömődés-gátló hatás alapján. A módosított membránok kisebb irreverzibilis eltömődést és magasabb fluxus-visszanyerési arányt mutattak, bizonyítva, hogy a TiO2-dal és/vagy CNT-vel és/vagy BiVO4-tal való keverés javítja a membrán eltömődés-gátló tulajdonságát, illetve lehetővé teszi a látható fénnyel való tisztítását. A módosított membránok alkalmazása a valódi tejipari szennyvíz kezelésére szintén ígéretes volt; mind az eltömődés gátló hatásuk, mind a tisztíthatóságuk jobb volt a nem módosított PVDF membránhoz képest. Ugyanakkor, a magasabb laktóztartalmú szennyvizek esetében az ultraszűrő membránok nem elég hatékonyak, ezen esetekben a permeátum további tisztítására is szükség lehet. Összességében a polimer mátrixban lévő nanorészecskék figyelemre méltó mértékben növelték a membránok eltömődésgátló hatását és a lehetővé tették a membránok fotokatalitikus tisztítását látható fény alkalmazásával.