К основному контенту

Исследователи используют метод очистки воды для извлечения кислот из сельскохозяйственных отходов


Исследователи используют метод очистки воды для извлечения кислот из сельскохозяйственных отходов
Исследовательская группа под руководством Университета штата Пенсильвания изобрела новый класс пластин с ионообменными мембранами, которые значительно улучшают способность электродеионизации улавливать п-кумаровую кислоту из жидких смесей. Исследователи усовершенствовали пластины из смолы (показаны справа), что позволило им усовершенствовать процесс. Статья была выбрана для обложки журнала ACS Sustainable Chemical Engineering от 23 января, она показана на экране компьютера слева. Предоставлено: Джефф Сюй/Пенн Стейт.

Сельскохозяйственные отходы, направляемые на свалку, содержат источники углерода, которые можно использовать для производства ценных соединений, таких как п-кумаровая кислота, используемая в производстве фармацевтических препаратов. Электродеионизация, метод разделения, в котором используются ионообменные мембраны, является одним из способов улавливания кислот и других полезных компонентов. Однако для захвата больших количеств в масштабе метод необходимо усовершенствовать.

Исследовательская группа под руководством штата Пенсильвания изобрела новый класс ионообменных  пластин, которые значительно улучшают способность электродеионизации улавливать п-кумаровую  из жидких смесей при меньшем потреблении энергии и экономии денег. Исследователи опубликовали свои результаты в журнале ACS Sustainable Chemical Engineering . Их статья также была выбрана для обложки журнала от 23 января.

Электроионизация, впервые коммерциализированная для очистки воды, в последние годы использовалась для улавливания ценных компонентов из потоков сточных вод. При этом поток жидкой смеси подается через стопку из нескольких ионообменных мембран и  пластин, которые напоминают губку и скрепляются полимерным клеем. При подаче электричества ионы в жидкости проходят через стопку, и п-кумаровая кислота выделяется в концентрированный технологический поток, откуда ее затем можно собрать.

«Чтобы улучшить процесс, нам пришлось усовершенствовать пластину из смолы», — сказал соответствующий автор Крис Арджес, доцент кафедры химического машиностроения штата Пенсильвания. «Раньше мембраны соединяли губку из смоляной пластины с полиэтиленовым клеем, который в настоящее время используется в промышленности в качестве смоляного «клея», но это приводило к плохому контакту между мембраной и смоляной пластиной. Мы заменили полиэтилен иономером имидазолия, тип полимера и приклеил имидазолиевую мембрану поверх пластины из смолы».

Приклеивая мембрану к пластине, исследователи уменьшили количество необходимой мембраны на 30%, уменьшив стоимость установки электродеионизации. Новая конструкция также уменьшила межфазное сопротивление между мембраной и пластиной, поскольку одни и те же химические вещества мембраны и связующего были склеены вместе, а не располагались сверху и снизу губки с воздушными зазорами. Снижение сопротивления привело к увеличению скорости захвата п-кумаровой кислоты, что позволило исследователям использовать меньшую единицу.

«Мы знали, что  улавливает больше п-кумаровой кислоты, но не знали, почему», — сказал Арджес. «Наш сотрудник Ревати Кумар провел симуляции, чтобы выяснить, почему это работает лучше».

Кумар, доцент кафедры химии Университета штата Луизиана, обнаружил, что имидазолий повышает растворимость п-кумаровой кислоты и ускоряет диффузию в материале.

«Помноженные вместе, растворимость и диффузия равны проницаемости, или тому, как быстро мы удаляем кислоту, когда она проходит через сеть пластин мембранной смолы в отсек для концентрата», — сказал Арджес.

Арджес сравнил проницаемость со скоростью путешественников, проходящих через линию безопасности в аэропорту. По мере добавления дополнительных контрольно-пропускных пунктов через линию может проходить больше людей, что увеличивает ее проницаемость.

Таким образом, повышенная проницаемость снижает вероятность связывания п-кумаровой кислоты с материалами мембранно-смоляных вафель, известного как загрязнение, вместо перемещения через мембрану.

«Сборка вафельной пластины из имидазолиевой мембраны способствует прохождению п-кумаровой кислоты через мембрану, что является проблемой при использовании других материалов, таких как полиэтилен», — сказал Арджес.

По словам исследователей, при сравнении с текущей конфигурацией полимерной пластины новая конфигурация мембраны и материалы приводят к семикратному увеличению захвата п-курмаровой кислоты при использовании на 70% меньше энергии. Новые узлы также уменьшают количество мембраны, используемой в процессе, что приводит к значительной экономии средств.

Сотрудники Арджеса из Аргоннской национальной лаборатории подали заявку на патент на новую технологию сборки мембраны-  .

Комментарии

Популярные сообщения из этого блога

Вода из воздуха? Это реально!

Альтернативный метод добычи питьевой воды предложил Яги и его команда. Для извлечения воды из воздуха они посоветовали использовать металл-органические каркасы (МОК). Яги, один из создателей МОК, два года назад нашел, что похожий материал, состоящий из циркония и адипиновой кислоты, средства для удаления накипи, поглощает не водород, метан либо иные виды газов, а молекулы воды. По своей структуре они похожи на пчелиные соты. МОК представляет из себя сложный полимерный материал, обладающий очень высокой пористостью и прочностью. МОК используют сегодня для улавливания и удержания водорода либо углекислоты. Но Яги заметил, что если изготовить их из циркония и адипиновой кислоты, то они будут улавливать не газы, а молекулы воды. Именно это дало ему смелость представить, что таким методом можно извлечь воду из воздуха. Яги вместе с разработчиками из MIT создал довольно простой и доступный «генератор воды». Работает он крайне примитивно — «песок» из частиц МОК поглощает воду из воздуха, а св

Технология производства торфо-сапропелевого сорбента

Центр по сапропелю на основе сапропеля и торфа Эстонии и Тюменской области разработал сорбирующие нефть гранулированные и таблетированные материалы.  Данные сорбенты применяются для очистки сточных вод от нефтепродуктов, растительного масла, ПАВ, СОЖ, тяжелых металлов и радионуклидов на последней ступени очистных сооружений автомоек, СТО, загрязняющих производств, прачечных, дождевого и промывочного  стока с территорий  автотранспортных предприятий? нефтебаз и АЗС. Торфо-сапропелевый сорбент засыпается в кассету фильтра или секцию очистных сооружений на 80-85%  вмещающего объема. При соприкосновении с водой сорбент набухает и увеличивается на 10-15%, заполняет весь объем кассеты или секции. Кассетой для секции может служить металлический нержавеющий каркас со стенками из мелкой ячейки. Сорбент может быть помещён  в секцию из полимерной или капроновой сетки. Во избежание протекания загрязненной жидкости вокруг фильтра и сорбента, его выполняют с вогнутой внутрь стенкой, направле

Древесный уголь как удобрение

В Канаде выбросы аммиака увеличились на 22 процента с 1990 года и  90 процентов производятся в сельском хозяйстве из навоза, навозной жижи и удобрений. Уменьшение  этого загрязнителя - без ограничения удобрений и роста продовольствия для нашего растущего населения мира - является ключом к устойчивому будущему. Исследователи использовали канадский источник света в Университете Саскачевана, чтобы изучить, как газообразный аммиак взаимодействует с древесным углем в естественных условиях.  По словам Лемана, «уникальные конечные станции в CLS отлично подходят для такого вида азотной рентгеновской спектроскопии». В исследовании Хестрина и Лемана выявлена ​​способность древесного угля улавливать азот из переносимого по воздуху аммиака посредством образования ковалентных связей, которые могут обеспечить долгосрочное удобрение с медленным высвобождением для производства полевых и тепличных культур.  Предыдущие исследования показали, что эти реакции происходили между аммиаком и скон