חוקרים בריטים פיתחו קרום סיבים חלולים קרמיים בשילוב עם חמצון פוטו-קטליטי לטיפול בשפכים של צמחי שמן דקלים. תעשיית שמן הדקלים היא עמוד התווך של החקלאות העולמית, אך לשפכי צמח שמן הדקלים (POME) המיוצרים במהלך הייצור יש עומס אורגני גבוה וצבע עמוק, מה שהופך את הטיפולים הביולוגיים והפיזיקליים המסורתיים לבלתי מספיקים כדי לעמוד בתקנים. הפרשה ישירה תוביל לאאוטרופיקה ולנזקים אקולוגיים. חוקרים פיתחו ממברנת סיבים חלולים מסיביים חלולים TiO₂-שכבתית כפולה-כפולה כדי לפתור את הבעיות של טיפול POME עמוק ועיבוי ממברנות.
I. עיצוב ושיטת הכנה ניסויים
1. חומרים ומבנה: השכבה הפנימית היא מולליט טהור, המספקת תמיכה מכנית ומצע סינון; השכבה החיצונית היא מולליט + 1~4 wt% TiO₂, המקנה פעילות פוטו-קטליטית.
2.תהליך הכנה: נעשה שימוש בשיטת טרנספורמציה של פאזה +-שיתוף. סינון ב-1350 מעלות מבטל את בעיית הדלמינציה הכפולה-, ומבנה הסיבים החלולים מוכן על ידי יציקה משותפת-.
3. נתוני ממברנה: עובי ממברנה מוגמרת (לאחר סינטרה): קרום חד-שכבתי (SL): 900 מיקרומטר, ממברנה דו-שכבתית: 1090–1310 מיקרומטר; אורך הממברנה המשמשת לבדיקה: 10 ס"מ לבדיקת פוטוקטליזה, 7 ס"מ לבדיקת ניתוק שטף/עצירה.
II. תוצאות מחקר
1. מתאם מבנה וביצועים: הממברנה הדו-שכבתית מציגה קשר הדוק ללא דה-למינציה, ו-TiO₂ נטען בהצלחה, כאשר תכולת ה-Ti גדלה ל-3.76% עם עלייה בתוספת . 3 wt% TiO₂ (DL3) מציגה את חוזק הכיפוף הגבוה ביותר (16.34 MPa) ואת היציבות המכנית הטובה ביותר; 4 wt% TiO₂ (DL4) הוא בעל גודל הנקבוביות הקטן ביותר (28.25 ננומטר), השייך לרמת האולטרה סינון. טעינת TiO₂ מפחיתה את הנקבוביות ואת שטף המים הטהורים אך משפרת משמעותית את יציבות האנט פופול ושטף.
2.הפרדה והשפעות פוטוקטליטיות: הממברנה הדו-שכבתית עדיפה בהרבה על הממברנה החד-שכבתית-, עם שיעור שימור DL₃ של 54.50%, בהשוואה ל-11.27%-19.32% בלבד עבור הממברנה החד--שכבתית.
- הסרת מזהמים: DL4 התפקד בצורה הטובה ביותר תחת אור UV, והשיג שיעור הסרת COD של 44.92% ושיעור הסרת צבע של 52.40%, עם שטף של 18.90 L/(m²・h・bar).
- יציבות ונוגד ציפורניים: DL3 ו-DL4 הראו שיעור התאוששות שטף (FRR) ואינדקס יציבות (SI) גבוהים יותר באופן משמעותי, ונשארו יציבים גם לאחר שלושה מחזורים, והפגינו ביצועי ניקוי עצמי- יוצאי דופן.
- ממברנות חד-שכבתיות- סובלות מזיהומים חמורים ומירידה חדה בשטף, בעוד שממברנות דו-שכבתיות-מקלות באופן משמעותי על עכירות ממברנות עקב פירוק פוטו-קטליטי TiO₂ של מזהמים.
III. יתרונות, חסרונות וצפי עתידי
יתרונות חדשניים
- המבנה הכפול-שכבתי מאזן חוזק מכני, ביצועי סינון ופעילות פוטו-קטליטית, פותר את בעיית ההפרדה והתאוששות של TiO₂.
- ממברנות קרמיות עמידות בפני חומצות, אלקליות וטמפרטורות גבוהות, מה שהופך אותן למתאימים יותר ליישומי שפכים תעשייתיים מאשר ממברנות פולימריות.
- תכונות -ניקוי עצמי מפחיתות את תדירות הניקוי.
כיוונים עתידיים
- ייעול טעינת TiO₂, טמפרטורת סינטר וגודל נקבוביות הממברנה כדי לשפר את יעילות הפירוק.
- סימום עם N ו-Zr מרחיב את טווח תגובת הצילום, ומאפשר פוטו-קטליזה של אור נראה.
- תהליך הייצור הוגדל, ובוצע אימות תפעולי ב-היקף ו-טווח ארוך.
IV. תַקצִיר
ממברנת סיבים חלולים של קרמיקה מולליט דו-שכבתית TiO₂- הוכנה בהצלחה לטיפול בשפכים מצמחי שמן דקלים, תוך השגת השפעות סינרגיות של הפרדת סינון ופירוק פוטו-קטליטי. הוא מציג יתרונות משמעותיים במניעת-התכלות, יציבות וניקוי עצמי-. טכנולוגיה זו מספקת פתרון בר-קיימא לטיפול עמוק בשפכי שמן דקל ומציעה התייחסות חשובה לתכנון ויישום של ממברנות פוטו-קטליטיות מבוססות- קרמיקה.
