Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) fehlt es weltweit rund 785 Millionen Menschen an sauberem Trinkwasser. Trotz der riesigen Wassermenge auf der Erde ist das meiste Meerwasser und Süßwasser macht nur etwa 2.5% der Gesamtmenge aus. Eine Möglichkeit, sauberes Trinkwasser bereitzustellen, ist die Entsalzung von Meerwasser. Das Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) hat die Entwicklung einer elektrogesponnenen Nanofasermembran mit stabiler Leistung angekündigt, um Meerwasser durch Membrandestillation in Trinkwasser umzuwandeln.
Die Membranbenetzung ist die größte Herausforderung bei der Membrandestillation. Wenn eine Membran während des Membrandestillationsbetriebs eine Benetzung zeigt, muss die Membran ausgetauscht werden. Eine progressive Membranbenetzung wurde insbesondere bei Langzeitoperationen beobachtet. Wenn eine Membran vollständig benetzt wird, führt die Membran zu einer ineffizienten Membrandestillationsleistung, da der Feedfluss durch die Membran zu minderwertigem Permeat führt.
Ein Forschungsteam im KICT unter der Leitung von Dr. Yunchul Woo hat koaxiale elektrogesponnene Nanofasermembranen entwickelt, die mit einer alternativen Nanotechnologie, dem Elektrospinnen, hergestellt werden. Diese neue Entsalzungstechnologie zeigt, dass sie das Potenzial hat, die weltweite Süßwasserknappheit zu lösen. Die entwickelte Technologie kann Benetzungsprobleme verhindern und auch die Langzeitstabilität im Membrandestillationsprozess verbessern. Durch die Nanofasern in den Membranen soll für eine höhere Oberflächenrauhigkeit und damit eine bessere Hydrophobie eine dreidimensionale hierarchische Struktur gebildet werden.
Die koaxiale Elektrospinntechnik ist eine der günstigsten und einfachsten Möglichkeiten, Membranen mit dreidimensionalen hierarchischen Strukturen herzustellen. Das Forschungsteam von Dr. Woo verwendete Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen) als Kern und Silica-Aerogel gemischt mit einer geringen Konzentration des Polymers als Hülle, um eine koaxiale Verbundmembran herzustellen und eine superhydrophobe Membranoberfläche zu erhalten. Tatsächlich zeigte Silica-Aerogel eine viel geringere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Polymeren, was zu einem erhöhten Wasserdampffluss während des Membrandestillationsprozesses aufgrund einer Verringerung der Wärmeleitungsverluste führte.
Die meisten Studien, bei denen elektrogesponnene Nanofasermembranen in Membrandestillationsanwendungen verwendet wurden, arbeiteten weniger als 50 Stunden, obwohl sie eine hohe Wasserdampfflussleistung aufwiesen. Im Gegenteil, das Forschungsteam von Dr. Woo hat das Membrandestillationsverfahren unter Verwendung der hergestellten koaxialen elektrogesponnenen Nanofasermembran 30 Tage lang, also 1 Monat lang, angewendet.
Die koaxiale elektrogesponnene Nanofasermembran zeigte 99.99 Monat lang eine Salzrückweisung von 1%. Basierend auf den Ergebnissen funktionierte die Membran aufgrund ihres geringen Gleitwinkels und ihrer Wärmeleitfähigkeitseigenschaften gut ohne Benetzungs- und Verschmutzungsprobleme. Die Temperaturpolarisation ist einer der wesentlichen Nachteile bei der Membrandestillation. Es kann die Leistung des Wasserdampfflusses während des Membrandestillationsbetriebs aufgrund von Verlusten durch Wärmeleitung verringern. Die Membran ist für Langzeit-Membrandestillationsanwendungen geeignet, da sie mehrere wichtige Eigenschaften besitzt, wie z.
Das Forschungsteam von Dr. Woo stellte fest, dass in einem kommerziell erhältlichen Membrandestillationsverfahren ein stabiler Prozess wichtiger ist als eine hohe Wasserdampfflussleistung. Dr. Woo sagte, dass „die koaxiale elektrogesponnene Nanofasermembran ein starkes Potenzial für die Behandlung von Meerwasserlösungen ohne Benetzungsprobleme hat und die geeignete Membran für Membrandestillationsanwendungen im Pilotmaßstab und im Realmaßstab sein könnte.“
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Das Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) ist ein staatlich gefördertes Forschungsinstitut, das gegründet wurde, um zur Entwicklung der koreanischen Bauindustrie und des nationalen Wirtschaftswachstums beizutragen, indem es Quellen- und praktische Technologien in den Bereichen Bauwesen und nationales Landmanagement entwickelt.
Diese Forschung wurde durch ein internes Stipendium (20200543-001) des KICT, Republik Korea, unterstützt. Die Ergebnisse dieses Projekts wurden in der internationalen Zeitschrift, Zeitschrift für Membranwissenschaft, einer renommierten internationalen Zeitschrift im Bereich der Polymerwissenschaften (IF: 7.183 und Rang #3 der JCR-Kategorie) im April 2021.
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Quelle: https://bioengineer.org/making-seawater-drinkable-in-minutes/
