Self-cleaning performance of in-situ ultrasound generated by quartz-based piezoelectric membrane

膜污染 渗透 材料科学 结垢 微滤 超声波 陶瓷膜 压电 化学工程 多孔性 悬挂(拓扑) 复合材料 陶瓷 化学 渗透 工程类 声学 生物化学 物理 数学 纯数学 同伦
作者
Hengyang Mao,Fan Wan,Hongquan Cao,Xianfu Chen,Minghui Qiu,H. Verweij,Yiqun Fan
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:282: 120031-120031 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2021.120031
摘要

Membrane separation technology is playing a prominent role in treatment of suspension wastewater, but its efficiency is limited by membrane fouling. Here, a self-cleaning piezoelectric ceramic membrane (PCM) coupled with in-situ ultrasound functionality was developed. The PCM consists of a porous piezoelectric quartz (ɑ-SiO2) support and a ZrO2 microfiltration (MF) layer. The MF layer serves as a separation membrane, and it possesses a smooth and negatively charged surface, which is beneficial to weaken the interaction between membrane and foulants. The ɑ-SiO2 support provides mechanical strength to the membrane and can generate internal ultrasound to mitigate fouling. In MF process, particulate foulants are inevitably deposited on the membrane surface, forming a cake whose permeance resistance is 3.9 times of pristine membrane. With the assistance of internal ultrasound, the thickness of cake decreased from 64.2 to 48.4 μm, and porosity increased from 39.5% to 42.5% due to the formation of shear force. Higher cross-flow velocity and more vigorous ultrasound intensity are helpful to strengthen turbulence, which can improve stationary membrane flux by 41.7%. The fouling removal efficiency of internal ultrasound is superior to the outer one, and the economic evaluation indicates that the cost of water production can be saved in the presence of ultrasound.
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