3D Printed Fouling-Resistant Composite Membranes

渗透 超滤(肾) 材料科学 结垢 过滤(数学) 膜污染 化学工程 复合材料 复合数 色谱法 渗透 化学 工程类 生物化学 统计 数学
作者
Saeed Mazinani,Abouther Al-Shimmery,Y.M. John Chew,Davide Mattia
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (29): 26373-26383 被引量:69
标识
DOI:10.1021/acsami.9b07764
摘要

Fouling remains a long-standing unsolved problem that hinders the widespread use of membrane applications in industry. This article reports the use of numerical simulations coupled with extensive material synthesis and characterization to fabricate fouling-resistant 3D printed composite membranes. The membranes consist of a thin polyethersulfone selective layer deposited onto a 3D printed flat and double sinusoidal (wavy) support. Fouling and cleaning of the composite membranes were tested by using bovine serum albumin solution in a cross-flow ultrafiltration setup. The transmembrane pressure was regulated at 1 bar and the cross-flow Reynolds number (Re) varied between 400 and 1000. In comparison to the flat membrane, the wavy membrane showed superior performance in terms of pure water permeance (PWP) (10% higher) and permeance recovery ratio (87% vs 53%) after the first filtration cycle at Re = 1000. Prolong testing showed that the wavy membrane could retain approximately 87% of its initial PWP after 10 complete filtration cycles. This impressive fouling-resistant behavior is attributed to the localized fluid turbulence induced by the 3D printed wavy structure. These results show that not only the lifetime of membrane operations could be favorably extended but also the operational costs and environmental damage of membrane-based processes could also be significantly reduced.
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