Web of Science (SCI) は最近、セラミック膜水処理に関連する 5 件の記事を追加しました。
1. 廃棄物を浄水フィルターに変える: アップサイクル材料からのセラミック膜のミニレビュー-
ジャーナル: 廃棄物
世界的な水危機は悪化し続けており、産業廃棄物や都市廃棄物は持続不可能な状態で蓄積し続けており、循環経済の概念に準拠した革新的なソリューションが緊急に必要とされています。このレビューでは、廃棄物資源の利用ときれいな水の不足という 2 つの課題に同時に対処するための持続可能な水浄化戦略として廃棄物ベースのセラミック膜を使用し、廃棄物ベースのセラミック膜の変革の可能性を探ります。{{1}従来のセラミック膜は高純度の無機材料から製造されており、優れた耐化学腐食性、熱安定性、耐久性で知られています。{4}最近の研究では、赤泥、飛灰、高炉スラグ、石炭脈石、キルンローラー廃棄物などの産業副産物はすべて、低コストと高性能を兼ね備えたフィルター材料に効果的に変換できることが示されています。この記事では、廃棄物ベースのセラミック膜の調製プロセス、材料特性、性能指標を体系的にレビューし、このアプローチの実現可能性を実証します。産業廃棄物を機能性フィルター材料に変換することは、環境汚染を削減するだけでなく、世界の水の安全保障と持続可能な開発を強力にサポートすることができます。{7}}
2. 油性廃水浄化用の表面湿潤性-駆動型および光-自己洗浄性-TiO₂/Al₂O₃ セラミック膜
ジャーナル: 表面と界面
長期濾過中の膜ファウリングとフラックス減衰は、膜-ベースの油-水エマルション分離技術が直面する主要な課題です。この研究では、これらの問題を軽減するために、親水性透過性、疎油性、光触媒によるセルフクリーニング特性を備えた多機能セラミック膜を調製しました。-この膜は、ナノ-二酸化チタン (TiO2) コーティングを多孔質アルミナ (Al2O3) 基板上にドロップコーティングし、続いて焼成することによって-調製されました。 X-線回折(XRD)、走査型電子顕微鏡(SEM)、エネルギー分散型X-線分光法(EDX)、元素マッピングを用いた構造、形態、組成分析により、基板の結晶構造を変えたり細孔の閉塞を引き起こすことなく、Al2O3表面上に均一で緻密なTiO2薄層が形成されていることが確認されました。
ナノ-TiO₂ でコーティングされた Al2O3 膜の表面濡れ性の特性評価により、空気中では超親水性および超親油性の特性を示す一方、水中では超疎油性の特性を示すことが明らかになりました。この独特の濡れ挙動は、TiO2 自体の高い表面エネルギーと膜表面の階層的なナノ/ミクロン粗さ構造の相乗効果に起因します。
クロスフローろ過システムによる油-水エマルジョン分離の性能テスト-では、膜の透過流束は操作圧力の増加に伴ってほぼ直線的に増加し、分離効率は 0.5 ～ 2 bar の圧力範囲内で 99% 以上で安定していることがわかりました。 -840 分間の連続運転後の長期安定性テストでは、有機物（油）汚染の影響を受けて、透過水流束が初期値の約 70% に減少しましたが、分離効率は大きく変動しないことがわかりました。さらに重要なことは、TiO₂ の固有の光触媒による自己洗浄特性を利用して、膜表面に蓄積した有機汚染物質を効果的に分解するのに必要な UV 照射はわずか 45 分で、光束が初期値の約 90% に回復したことです。-
3. 廃大理石粉塵からの持続可能なセラミック膜を使用した洗濯水の再生: パフォーマンス、汚れ分析
雑誌: 環境研究
都市化の加速と新興国の急速な発展により、水資源の過剰開発が行われています。{0}農業と工業が総水消費量の 60% 以上を占めていますが、家庭用水の使用も重要な廃水源です。-排出される廃水のほぼ 50%～80% は家庭活動に由来しています。継続的な人口増加と都市化は洗濯需要を直接的に押し上げ、その結果、大量の洗濯廃水が発生します。
この研究では、廃棄された大理石の粉塵から調製された持続可能なセラミック膜を洗濯排水の処理に利用し、重力駆動のデッドエンドろ過システムと組み合わせて、全体的なプロセス コストを削減しています。{0}{1}{1}膜の性能は、汚染物質除去能力と防汚能力の 2 つの側面に基づいて評価されました。わずか 0.05 bar の低圧操作下で、膜は化学的酸素要求量 (COD) の除去率 88%、マイクロプラスチック (MP) の除去率 98%、濁度の除去率 99% を達成しました。原水の COD 濃度と MP 濃度はそれぞれ 1265 mg/L と 2.88 × 106 粒子/L であった。処理後、COD は 145 mg/L に減少し、非飲料用途の許容基準を満たしました。-同時に、膜は 81% のフラックス回収率 (FRR) という優れた防汚性能を示しました。
ファウリングメカニズムの分析により、膜ファウリングは完全な細孔の閉塞とケーキ濾過の複合効果によって支配されることが示されました。この膜は、高い汚染物質除去効率と優れた防汚特性を兼ね備えており、洗濯廃水の処理に最適であり、生成された水は非飲料用途で直接再利用できます。-
4. 水中の抗生物質-耐性大腸菌の UV-C LED 消毒: セラミック膜ろ過との統合
ジャーナル: プロセス
抗生物質耐性の蔓延は、公衆衛生と生態系の安全を脅かす世界的な問題となっています。新しい消毒技術の開発は、この課題に対処するための重要な方向性です。この研究では、深紫外線-発光ダイオード（UV-C LED）を使用して、現実世界の水生環境（海水、地表水、処理された都市再生水など）から分離された抗生物質-耐性大腸菌の不活化を検証しました。-
実験では、255 nm と 265 nm の 2 つの典型的な UV-C 波長を選択し、10 株の大腸菌の混合細菌培養物を接種したリン酸緩衝液に 1 ～ 7 mJ/cm2 の UV 照射線量を適用しました。結果は、2 mJ/cm2 の照射線量で、両方の波長が対数的に約 5 桁の細菌不活化を達成したことを示しました。走査型電子顕微鏡 (SEM) 観察では、UV 照射後の細菌の形態に大きな変化は見られませんでしたが、ピリミジン二量体形成の定量的な検出が観察されました。-2 mJ/cm2 の線量で両方の波長で約 40 ng/mL のシクロブタンピリミジン二量体が生成され、DNA 損傷が主な不活化メカニズムであることが確認されました。
この研究では、炭化ケイ素セラミック平膜膜の水処理性能もテストしました。全大腸菌群と大腸菌の両方に対する平均阻止率は 99.9% に達しました。 UV-C LED 技術とセラミック膜技術を組み合わせると、膜濃縮物の徹底した消毒が 99.985% 以上の不活化率で達成でき、効率的な水消毒の分野におけるこの技術の組み合わせの応用可能性が十分に実証されています。画像
5. 汚染水から鉛を除去する際のナノ-ハロイサイトセラミック膜の有効性。
雑誌: 水の科学と技術
この研究では、ハロイサイト ナノチューブ (HNT) と四酸化マンガン (Mn₃O4) ナノ粒子をドープしたセラミック ナノ複合膜を調製し、水中での鉛除去性能を体系的に評価しました。クリンカー添加量（８重量％）およびＭｎ３Ｏ４ドーピングを一定に保ちながら、ＨＮＴ含量（７５、８０、８５重量％）および焼結温度（９００、１０００度）を調整することによって、６種類のセラミックナノ複合膜を調製した。
水流束試験の結果、H85-900 膜 (85% HNT 含有、900 度で焼結) が最高の透過性を持ち、5 bar の圧力で 390 L/(m²・h) の流束を示すことがわかりました。合成された鉛含有水溶液のテストでは、H80-1000 膜 (HNT 80% 含有、1000 度で焼結) が最も高い鉛除去率を示し、99.84% に達しました。実際の地下水スパイク試験においても、この膜は99.16％という高い除去効率を維持しました。
この研究では、共沈法を使用して Mn3O4 ナノ粒子を合成し、多次元の特性評価を実施しました。走査型電子顕微鏡 (SEM) では、サイズ 30 ～ 40 nm の均一な粒子の結晶化が示されました。 X-線蛍光分光法(XRF)により、Mn3O4純度が95.2%であることが確認されました。 X-線回折(XRD)は、正方晶系の結晶系を示した。 UV-可視分光法では、220 nm (O2⁻-Mn2⁺/Mn3⁺ 電荷移動) と 350 nm (d-d 結晶場遷移) で特徴的な吸収ピークが示されました。これらの結果は、地元産のハロイサイトを使用したセラミック膜が水処理における重金属修復の分野で優れた応用可能性を持っていることを示しています。
