Исследователи из Университета штат
Калифорния
в Лос-Анджелесе создали новый класс мембран обратного осмоса
для опреснения воды, которые,
в отличие от обычных, не засоряются при
пропускании через них морской, жесткой или сточной воды.
Высокопроницаемая
мембрана со структурированной поверхностью может быть легко внедрена
в
производство и намного снизить эксплуатационные расходы на опреснение
воды.
Когда молекулы воды проходят под
давлением через поры мембраны при обратном осмосе, ионы солей, бактерии и
другие примеси задерживаются на мембране, накапливаются и
в итоге
засоряют или повреждают мембрану. Снижение проницаемости мембраны
в
результате засорения повышает потребление энергии насосной системой,
требует дорогостоящей чистки мембраны или ее замены.
Поверхностная
топография и химия новой мембраны позволяют избежать этих недостатков.
Наряду с высокой проницаемостью, новая мембрана характеризуется высокой
степенью отторжения загрязнений и стабильностью. Структурирование
поверхности мембраны занимает мало времени и не требует высоких
температур и вакуума.
Способность мембраны
противостоять образованию отложений на ней позволяет существенно
увеличить срок ее службы и уменьшить эксплуатационные затраты по
сравнению с существующими аналогами.
Новая
мембрана синтезировалась
в три этапа. На первом этапе исследователи
синтезировали токопленочную мембрану из полиамида, используя обычную
межфазную полимеризацию. Затем они активизировали поверхность полиамида
плазмой при атмосферном давлении, чтобы создать на поверхности активные
участки. На конечном этапе эти активные участки использовались для того,
чтобы инициировать графт-полимеризацию
в присутствии раствора мономера с
целью создать на поверхности полиамида слой полимера наподобие щетки.
Графт-полимеризация выполнялась
в течение заданного промежутка времени
при заданной температуре, что позволяло управлять толщиной образующегося
щеточного слоя и его топографией.
В этой
новой мембране полимерные цепи щеточного слоя химически прикреплены к ее
поверхности, что повышает их устойчивость к тепловому воздействию по
сравнению с физически нанесенными полимерными пленками. Полимерные цепи
щеточного слоя находятся
в постоянном движении, которое усиливается
током воды, что препятствует закреплению бактерий и других коллоидных
субстанций на поверхности мембраны.
Другим
фактором, предотвращающим налипание, является поверхностный заряд
мембраны, который можно задавать за счет соответствующей химии щеточного
слоя с целью усилить отталкивание молекул противоположного заряда.
Следующей
задачей разработчиков является расширение синтеза до масштабов,
обеспечивающих непрерывное производство мембраны, и оптимизация мембраны
для различных источников воды.
Новая разработка описана
в
Journal of Materials Chemistry и Journal of Membrane Science.
