Zeitschrift für Membranwissenschaft und -technologie

Abstrakt

Einfluss funktionalisierter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren auf die Struktur und Leistung einer auf Cellulose-Diacetat basierenden Vorwärtsosmotikmembran für den Entsalzungsprozess

Xiulan Zhao, Jianfang Sheng, Lijing Zhu, Anjiang Zhang und Lixin Xue

Um die Leistung von auf Cellulosediacetat (CDA) basierenden Vorwärtsosmosemembranen (FO) im Prozess der Meerwasserentsalzung zu verbessern, wurden funktionalisierte mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs) als Additive in unterschiedlichen Zusammensetzungen (von 0 bis 5 Gew.-%) in die Lösungen gemischt, um mit einem klassischen Phaseninversionsverfahren FO-Membranen herzustellen. Die Struktur und Eigenschaften der gebildeten Membranen wurden mittels Fourier-Transfer-Infrarotspektroskopie (FTIR), Rasterkraftmikroskopie (AFM), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Übergangselektronenmikroskopie (TEM), Wasserfluss- und Rückflusstests für gelöste Stoffe charakterisiert. Es zeigte sich, dass der Gehalt an funktionalisierten MWCNTs ein wichtiger Faktor ist, der die Morphologie, die poröse Struktur und die Eigenschaften der Mischmembranen beeinflusst. SEM-, AFM- und TEM-Bilder der Mischmembranen zeigten, dass sich die Oberflächenmorphologie und die Querschnittsmorphologie mit dem Gehalt an funktionalisierten MWCNTs verändern. Es ist interessant zu sehen, dass in Gegenwart funktionalisierter MWCNTs der Oberflächenkontaktwinkel und der umgekehrte Stofffluss der FO-Membranen erheblich verbessert werden konnten, ohne den Reinwasserfluss wesentlich zu beeinträchtigen. Durch die Zugabe von nur etwa 1 Gew.-% MWCNTs konnte der Wasserfluss der CDA-basierten FO-Membran von 10,5 auf 12,5 l/m2h erhöht und der umgekehrte Stofffluss von 1,8 auf unter 0,3 mol/m2h gesenkt werden. Entsalzungstests mit 3,5 Gew.-% simulierter Meerwasser-Zufuhrlösung zeigten, dass die Mischmembran mit 1 Gew.-% MWCNTs einen um 366 % höheren Wasserfluss und einen um 53 % niedrigeren umgekehrten Stofffluss aufwies als die reine CDA-FO-Membran. Diese Ergebnisse legen nahe, dass mit funktionalisierten MWCNTs modifizierte CDA-basierte FO-Membranen ein gutes Potenzial für eine Weiterentwicklung für praktische Anwendungen in Meerwasserentsalzungsprozessen besitzen könnten.