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

Ртуть как топливо для двигателей будущего: Реальность или фантастика?

В последние десятилетия ученые и инженеры активно ищут альтернативные источники энергии и топлива для двигателей. Среди множества идей, включая ядерные, водородные и электрические технологии, периодически возникают экзотические концепции, такие как использование ртути в качестве топлива для будущих двигателей. Но насколько это реалистично, и какие перспективы у такого подхода? Что такое ртуть и почему она рассматривается как возможное топливо? Ртуть — это тяжелый металл, уникальный тем, что при комнатной температуре она находится в жидком состоянии. Её химические и физические свойства делают этот элемент интересным для различных исследований, включая область энергетики. Одним из ключевых факторов, который делает ртуть потенциальным топливом, является её высокая плотность, а также реакционная способность в некоторых условиях. Кроме того, ртуть обладает очень высоким атомным номером (80), что открывает возможность её использования в сложных ядерных процессах или для создания электрическо...

Аэрогель, который не горит полчаса при температуре 1300 град

Китайские ученые разработали метод поверхностной нанокристаллизации для создания аэрогеля на основе натурального дерева с лучшей теплоизоляцией и огнестойкостью. Древесина обладает множеством выдающихся свойств благодаря своей ориентированно-пористой структуре, среди которых низкая теплопроводность привлекла исследователей к разработке древесноподобных аэрогелей в качестве теплоизоляционных материалов. По словам исследовательской группы под руководством Ю Шухонга из Университета науки и технологий Китая, этот материал может выдерживать пламя высокой температуры в 1300 градусов по Цельсию и не загораться в течение как минимум 20 минут. Исследователи использовали метод поверхностной нанокристаллизации с природной биомассой и минералами в качестве ингредиентов , чтобы инертные к поверхности и слабо взаимодействующие частицы древесины лучше собирались для создания аэрогеля. Полученный аэрогель, вдохновленный древесиной, имеет структуру каналов, аналогичную структуре натурального дерева, чт...

Как сделать лестницу из фанерной полосы своими руками

Лестница - это необходимый и важный элемент любого дома или квартиры, который обеспечивает связь между разными уровнями. Лестница может быть не только функциональной, но и красивой и оригинальной, если вы сделаете ее своими руками из фанерной полосы.  Фанерная полоса - это тонкий лист фанеры, который можно использовать для различных целей, таких как облицовка, отделка, укрепление, декорирование и т.д. Фанерная полоса имеет ряд преимуществ перед другими материалами, такими как дерево, пластик или металл. Например, фанерная полоса: легкая, прочная и устойчива к влаге и гниению легко режется, склеивается и крепится имеет гладкую и ровную поверхность, которая легко окрашивается или покрывается лаком доступна в разных размерах, толщинах и фактурах экологична и экономична Чтобы сделать лестницу из фанерной полосы своими руками, вам понадобятся следующие материалы и инструменты: фанерная полоса нужного размера, толщины и сорта (в зависимости от вида и стиля вашей лестницы) пилка, ножовка...