Home » 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 мембранных пластин, которые значительно улучшают способность электродеионизации улавливать п-кумаровую кислоту из жидких смесей при меньшем потреблении энергии и экономии денег. Исследователи опубликовали свои результаты в ACS Устойчивая химическая инженерия. 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 смоляных 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 новый материал 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 мембранных пластин.

Помимо Арджеса и Кумара, соавторами являются Мэтью Джордан, Университет штата Луизиана; и Гжегож Кокошка и Юпо Дж. Лин, Аргоннская национальная лаборатория.

Больше информации:
Мэтью Л. Джордан и др., Интегрированные сборки пластин из ионообменной мембраны и смолы для разделения ароматических органических кислот с использованием электродеионизации, ACS Устойчивая химия и инженерия (2023). DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c05255

Предоставлено Государственным университетом Пенсильвании.


Цитата: Исследователи используют метод очистки воды для улавливания кислот из сельскохозяйственных отходов (10 февраля 2023 г.), получено 11 февраля 2023 г. с https://phys.org/news/2023-02-treatment-method-capture-acids-agriculture.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Read more:  Следуйте этим советам, одобренным экспертами, чтобы уменьшить хроническое воспаление

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.