مقدمة المنتج
يتكون غشاء عمود SiC من 13 منتجًا من الأغشية الأنبوبية السداسية، مما يجعل التوزيع الهيدروليكي لقناة التدفق أكثر اتساقًا أثناء إنتاج المياه والغسيل العكسي. تأثير التعافي من الغسيل العكسي رائع. تتوافق هذه التقنية مع أنظمة UF ذات الأغشية العضوية التقليدية وتوفر وسيلة أكثر كفاءة وموثوقية لمعالجة المياه.
يُظهر قلب السيراميك من كربيد السيليكون العديد من المزايا مقارنةً بالمواد الأخرى المستخدمة في معالجة المياه. على سبيل المثال، فهو يتمتع بمحبة أفضل للماء، ومسامية أعلى، واسترداد تنظيف ممتاز. يزيد هيكل الغشاء الخزفي بشكل كبير من مساحة الغشاء النشط لكل وحدة حجم للنظام. يتميز هذا المنتج بكفاءة عالية في إزالة الشوائب من الماء، بما في ذلك البكتيريا والفيروسات والملوثات الأخرى.
وعلى وجه الخصوص، فإن المسامية العالية للغشاء الخزفي تعزز كفاءة معالجة المياه. فهو يسمح للماء بالمرور عبر مسام الغشاء بسرعة أكبر ويقلل من تكرار تلوث الغشاء. يضمن التصميم الهيكلي الفريد للنواة الخزفية SiC أن يكون التوزيع الهيدروليكي لقناة التدفق لكل منتج غشاء أنبوبي أكثر اتساقًا أثناء إنتاج المياه والغسيل العكسي. تسمح هذه الميزة بإنتاج مياه أكثر استقرارًا وتقلل من احتمالية الانسداد والتلوث.
واحدة من أهم فوائد غشاء عمود SiC هو توافقه مع أنظمة UF ذات الأغشية العضوية التقليدية. يتيح هذا التوافق سهولة دمج التكنولوجيا الجديدة في أنظمة معالجة المياه الحالية، مما يجعل عمليات الترقيات بسيطة وبأسعار معقولة. يسمح قلب السيراميك من كربيد السيليكون أيضًا بكثافة تعبئة أعلى من التقنيات الأخرى، لذلك يلزم مساحة أقل، وهو اعتبار مهم في المناطق ذات المساحة المحدودة.
ويقدم هذا المنتج العديد من المزايا، بما في ذلك الكفاءة الأعلى وجودة المياه الأفضل وسهولة التكامل مع الأنظمة الحالية. وقد أثبتت هذه التكنولوجيا موثوقيتها في الاختبارات والتطبيقات الواقعية، وهي تكتسب شعبية سريعة في صناعة معالجة المياه.
بالإضافة إلى أدائها المتفوق، فهي أيضًا صديقة للبيئة. ولا يعتمد على مواد كيميائية ضارة أو ينتج منتجات ثانوية خطرة، مما يجعله حلاً مثاليًا لمعالجة المياه بشكل مستدام.
مزايا استبدال الأغشية العضوية بأغشية كربيد السيليكون
مقاومة درجات الحرارة العالية
الاستقرار: يتمتع غشاء كربيد السيليكون بمقاومة عالية للغاية لدرجات الحرارة العالية ويمكنه الحفاظ على خصائص فيزيائية وكيميائية مستقرة في بيئات درجات الحرارة المرتفعة. في المقابل، قد تتعرض الأغشية العضوية لتدهور الأداء أو التلف عند درجات الحرارة المرتفعة.
توسيع التطبيق: وهذا يجعل أغشية كربيد السيليكون تتمتع بإمكانية تطبيق أكبر في المجالات الصناعية التي تتطلب معالجة بدرجة حرارة عالية، مثل صناعة الزجاج والمعالجة الحرارية وما إلى ذلك.
مقاومة التآكل
قابلية تطبيق واسعة: يتمتع غشاء كربيد السيليكون بمقاومة ممتازة للتآكل لمجموعة متنوعة من المواد الكيميائية ويمكن أن يعمل بثبات لفترة طويلة في البيئات المسببة للتآكل. قد يتضرر الغشاء العضوي في الوسائط المسببة للتآكل مثل الأحماض القوية والقلويات القوية.
تقليل تكاليف الصيانة: تعمل هذه الميزة على تقليل تكرار عمليات الاستبدال والصيانة بسبب التآكل، مما يؤدي إلى خفض تكاليف التشغيل على المدى الطويل.
عالية الإنتاجية
تحسين كفاءة المعالجة: يمكن أن يكون تدفق أغشية كربيد السيليكون أكثر من 5 أضعاف تدفق مواد الأغشية العضوية التقليدية، مما يعني أنه في ظل نفس الظروف، يمكن لأغشية كربيد السيليكون إكمال مهام مثل معالجة المياه بشكل أسرع وتحسين كفاءة المعالجة.
توفير الطاقة وخفض الانبعاثات: تساعد خصائص الإنتاجية العالية على تقليل وقت المعالجة واستهلاك الطاقة، بما يتماشى مع احتياجات الصناعة الحديثة لتوفير الطاقة وخفض الانبعاثات.
قوية ودائمة
عمر طويل: مادة غشاء كربيد السيليكون قوية ومتينة، ولها عمر خدمة طويل ويمكن استبدالها مدى الحياة. وفي المقابل، قد تحتاج الأغشية العضوية إلى الاستبدال بانتظام، مما يزيد من تكاليف الصيانة.
صيانة منخفضة: العمر الطويل وتكاليف الصيانة المنخفضة تجعل أغشية كربيد السيليكون مثالية للاستخدام على المدى الطويل.
انخفاض تكاليف التشغيل
فوائد شاملة: بما أن غشاء كربيد السيليكون يتميز بخصائص مقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، والإنتاجية العالية والمتانة الصلبة، فإنه يمكن أن يقلل بشكل كبير من التكاليف الإضافية الناجمة عن تلف المعدات والصيانة والاستبدال أثناء التشغيل.
اقتصاديات: على الرغم من أن الاستثمار الأولي لأغشية كربيد السيليكون قد يكون أعلى، إلا أن تكاليف تشغيلها الشاملة على المدى الطويل أقل بكثير من تكاليف الأغشية العضوية.
مجموعة واسعة من التطبيقات
معالجة المياه: لها مزايا كبيرة وآفاق تطبيقية في القضايا الرئيسية المتعلقة بسلامة البيئة المائية مثل سلامة مياه الشرب، ومياه الصرف الصناعي الصعبة، والمسطحات المائية السوداء ذات الرائحة الكريهة في المناطق الحضرية.
التصنيع الصناعي: له أيضًا تطبيقات مهمة في صناعة الزجاج وتصنيع الزجاج البصري وغيرها من المجالات، مثل تحسين مقاومة الخدش الميكانيكي ومقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية والبصرية.
خصائص الزجاج.
أخبار الصناعة
أحرز معهد شنغهاي للدراسات المتقدمة، التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، تقدمًا في أبحاث تحلية مياه البحر فائقة السرعة باستخدام مواد غشائية جديدة
حقق فريق فصل النانو وتحويل الطاقة التابع لمعهد شنغهاي للأبحاث المتقدمة (SAISI) التابع للأكاديمية الصينية للعلوم تقدمًا مهمًا في أبحاث تحلية مياه البحر فائقة السرعة للأغشية البلورية ذات الإطار المترافق. تم نشر النتائج ذات الصلة في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية بعنوان "أطر ألكاديين-بيرين المترافقة مع تأثير استبعاد السطح لتحلية مياه البحر فائقة السرعة" وتم اختيارها كغلاف.
المؤلف الأول لهذه الورقة هو غونغ ديان، طالب الدكتوراه في معهد شنغهاي للأبحاث المتقدمة، والبروفيسور وين بينغهاي من جامعة قوانغشي العادية. المؤلف المقابل هو الباحث Zeng Gaofeng، والمؤلفون المشاركون هم البروفيسور المشارك Zhu Zhigao من جامعة Nanjing للعلوم والتكنولوجيا والباحث المشارك Liu Xing من جامعة Shanghai. تم تمويل هذا العمل البحثي من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، ولجنة شنغهاي للعلوم والتكنولوجيا ومشاريع أخرى، وتم دعم التوصيف المتقدم بواسطة خط شعاع B14W1 لمصدر ضوء شنغهاي.
تتميز عملية تحلية مياه البحر بالتقطير الغشائي (المالح) المدفوعة بالتدرج في درجة الحرارة بمزايا معدل التحلية العالي، والقدرة على التكيف مع المياه المالحة المركزة، ومعدل استرداد المياه العذبة العالي للغاية. إلى جانب إمدادات الطاقة/الطاقة المتجددة منخفضة الجودة، يعد التقطير الغشائي أيضًا عملية خضراء ومستدامة لتحلية مياه البحر.
ومع ذلك، تعاني المواد الغشائية السائدة من انخفاض تدفق المياه، مما يحد بشكل خطير من كفاءة إنتاج المياه العذبة وتطبيقها على نطاق واسع.
لذلك، يتم الترحيب بتكنولوجيا أغشية تحلية مياه البحر عالية التدفق باعتبارها واحدة من "تقنيات الفصل المتغيرة عالميًا".
من أجل تحقيق معدل تحلية مرتفع وتحسين تدفق المياه بشكل كبير، فمن الضروري استكشاف مواد غشائية جديدة وهياكل غشائية.
في الدراسات السابقة، استخدم الفريق لأول مرة مادة ذات هيكل إطاري كربوني مترافق، الجرافين، لإعداد غشاء مركب بواسطة مادة مذيبة حرارية خفيفة في الموقع، وحقق بنجاح زيادة كبيرة في تدفق المياه في تحلية مياه البحر بالتقطير الغشائي (Nature Water، 2023، 1، 800-807).
يوفر السطح الأملس لهيكل إطار الجرافين معدلًا مضادًا للتبلل وتحلية المياه عاليًا للغاية، ويوفر تكوين مسام الجدار النانوي العمودي قناة نقل كتلة بخار الماء فائقة السرعة.
تتميز المواد الهيكلية الكربونية المترافقة مع Diyne بتغييرات هيكلية غنية اعتمادًا على المجموعات المركزية المختلفة للمونومرات، وهي عائلة جديدة كبيرة من المواد ثنائية الأبعاد.
استنادًا إلى الممارسة الناجحة للتحلية السريعة لأغشية الجرافين، فإن دراسة خصائص تكوين الغشاء وتحلية المياه لمواد إطار الكربون المترافق في نطاق أوسع ستكون ذات أهمية كبيرة لتطبيق فصل الغشاء لهذه المواد.
في ضوء ذلك، في الأبحاث الحديثة، قام الفريق بتوسيع موضوع البحث المتمثل في غشاء إطاري مترافق ثنائي الأبعاد من الجرافين إلى البيرين داين الشبيه بالجرافين.
باستخدام الألياف المجوفة المسامية كحاملات، استخدموا مصدر النحاس الموجود على سطح الناقل كمحفز في ظل ظروف حرارية خفيفة لتحفيز تخليق أغشية البيرين داين المركبة من مونومرات رباعي إيثيلينيلبيرين من خلال تفاعلات اقتران داين.
Vacuum membrane distillation tests showed that the desalination rate of pyrene diyne conjugated framework membranes for simulated seawater was >99.9%، ووصل تدفق الماء إلى ~500Lm-2h-1، وهو ما يتجاوز تدفق الغشاء التجاري بأمر واحد على الأقل من حيث الحجم.
أظهرت الحسابات النظرية للديناميكيات الجزيئية والمحاكاة العددية لميكانيكا الموائع أن نسبة القطر إلى الطول الكبيرة للمسام الهرمية في أغشية البيرين داين المركبة والكارهة للماء المعتدلة لسطح الغشاء تساهم في نقل الكتلة عالي الإنتاجية، في حين أن السطح الشبيه بالجرافيت يقوم الإطار المترافق بعزل ملامسة ومرور أيونات الملح.
وأكدت حسابات المحاكاة أيضًا أن أيونات الملح لا يمكنها اختراق المسام الموجودة داخل الطائرة في الإطار. يتحقق هذا العمل من أن أغشية الإطار المترافق ثنائية الأبعاد التي تشبه الجرافين والجرافين لها خاصية مشتركة تتمثل في تحلية المياه فائقة السرعة، مما يوفر أساسًا متينًا لاختيار مونومرات بلمرة متاحة بسهولة أكبر وأرخص ثمنًا وللتطبيقات العملية.
الوسم : غشاء العمود كذا، الصين غشاء العمود كذا المصنعين والموردين والمصنع
