Pesquisadores britânicos desenvolveram uma membrana cerâmica de fibra oca combinada com oxidação fotocatalítica para tratar águas residuais de plantas de óleo de palma. A indústria do óleo de palma é um pilar da agricultura global, mas as águas residuais das plantas de óleo de palma (POME) produzidas durante a produção têm uma elevada carga orgânica e uma cor profunda, tornando os tratamentos biológicos e físico-químicos tradicionais insuficientes para cumprir os padrões. A descarga direta levaria à eutrofização e a danos ecológicos. Os pesquisadores desenvolveram uma membrana de fibra oca cerâmica de mulita de camada dupla-incorporada de TiO₂-para resolver os problemas de tratamento POME profundo e incrustações de membrana.
I. Projeto Experimental e Método de Preparação
1.Materiais e Estrutura: A camada interna é mulita pura, fornecendo suporte mecânico e substrato de filtração; a camada externa é mulita + 1~4% em peso de TiO₂, conferindo atividade fotocatalítica.
2.Processo de preparação: É utilizado um método de transformação de fase + co-sinterização. A sinterização a 1350 graus elimina o problema de delaminação de-camada dupla, e a estrutura de fibra oca é preparada por moldagem por co{6}}extrusão.
3. Dados da membrana: Espessura da membrana acabada (após sinterização): Membrana de camada única (SL): 900 μm, Membrana de camada dupla: 1090–1310 μm; Comprimento da membrana usada para teste: 10 cm para teste de fotocatálise, 7 cm para teste de corte de fluxo/retenção.
II. Resultados da pesquisa
1. Correlação de estrutura e desempenho: A membrana de bicamada exibe uma ligação firme sem delaminação, e o TiO₂ é carregado com sucesso, com o teor de Ti aumentando para 3,76% com o aumento da adição. 3% em peso de TiO₂ (DL3) mostra a maior resistência à flexão (16,34 MPa) e a melhor estabilidade mecânica; 4% em peso de TiO₂ (DL4) tem o menor tamanho de poro (28,25 nm), pertencente ao nível de ultrafiltração. A carga de TiO₂ reduz a porosidade e o fluxo de água pura, mas melhora significativamente o anti-incrustante e a estabilidade do fluxo.
2.Separação e efeitos fotocatalíticos: A membrana de bicamada é muito superior à membrana de-camada única, com uma taxa de retenção de DL₃ de 54,50%, em comparação com apenas 11,27%–19,32% para a membrana de-camada única.
- Remoção de Poluentes: O DL4 teve melhor desempenho sob luz UV, alcançando uma taxa de remoção de DQO de 44,92% e uma taxa de remoção de cor de 52,40%, com fluxo de 18,90 L/(m²・h・bar).
- Estabilidade e antiincrustante: DL3 e DL4 apresentaram taxa de recuperação de fluxo (FRR) e índice de estabilidade (SI) significativamente maiores, permanecendo estáveis mesmo após três ciclos, demonstrando excelente desempenho de auto-limpeza.
- As membranas-de camada única sofrem com incrustações severas e uma queda acentuada no fluxo, enquanto as membranas-de camada dupla aliviam significativamente a incrustação da membrana devido à degradação fotocatalítica de TiO₂ de poluentes.
III. Vantagens, desvantagens e perspectivas futuras
Vantagens inovadoras
- A estrutura de-camada dupla equilibra resistência mecânica, desempenho de filtração e atividade fotocatalítica, resolvendo o problema de separação e recuperação de TiO₂.
- As membranas cerâmicas são resistentes a ácidos, álcalis e altas temperaturas, tornando-as mais adequadas para aplicações em águas residuais industriais do que as membranas poliméricas.
- As propriedades de auto{0}limpeza reduzem a frequência de limpeza.
Direções Futuras
- Otimize a carga de TiO₂, a temperatura de sinterização e o tamanho dos poros da membrana para melhorar a eficiência da degradação.
- A dopagem com N e Zr amplia a faixa de fotoresposta, permitindo a fotocatálise por luz visível.
- O processo de fabricação foi ampliado, e a escala-piloto e a verificação operacional-de longo prazo foram realizadas.
4. Resumo
Uma membrana de fibra oca cerâmica de mulita bicamada incorporada de TiO₂- foi preparada com sucesso para tratamento de águas residuais de plantas de óleo de palma, alcançando efeitos sinérgicos de separação de filtração e degradação fotocatalítica. Ele apresenta vantagens significativas em termos de anti-incrustante, estabilidade e auto{3}}limpeza. Esta tecnologia fornece uma solução sustentável para o tratamento profundo de águas residuais de óleo de palma e oferece uma referência importante para o projeto e aplicação de membranas fotocatalíticas à base de cerâmica.