写真byIvan Banduraの上解釈
中国の研究者チームは、膜ゲルファウリングを緩和するためにUV/E-CLテクノロジーの適用を成功させて、廃水処理において画期的な進歩を遂げました。最近公開された研究自然コミュニケーション、廃水処理プロセスにおける脱水効率と膜ろ過性能を改善するための新しいアプローチを強調しています。
脱水効率が強化されました
この研究は、UV/E-CLの適用により、脱水実験で水流が大幅に改善され、E-CLシステムの最大138％、UVシステムの239％、およびコントロールの198％を達成することが実証されました。これは、UV/E-CLが膜ファウリング構造を効果的に破壊し、脱水性能の向上につながることを示唆しています。 SA-BSAモデルシステムを利用することにより、研究者は複雑な細胞外ポリマー物質（EPS）の挙動をシミュレートし、廃水スラッジ（WAS）脱水におけるタンパク質と多糖類の関連性を確認することができました。
ファウリングメカニズムに関する分子洞察
この研究は、タンパク質と多糖類の分子間相互作用を掘り下げ、アミノ基とカルボキシル基の間の静電架橋が膜のファウリングに重要な役割を果たすことを明らかにしました。 FTIRスペクトル分析と密度機能理論（DFT）シミュレーションを通じて、研究者は3つの分子結合モードを特定し、ポリマーの架橋を促進する線形立体構造を強く好むことを示しています。これらの発見は、UV/E-CLがこれらの相互作用をどのように破壊するかについての分子レベルの理解を提供し、粘度の低下、より大きなフロックサイズ、および水放出の強化につながります。
ファウリング緩和におけるCLラジカルの相乗的役割
さらなる分析により、塩素ラジカル（Cl•）がBSAとSAの分解に支配的な役割を果たし、故障に90％以上貢献することが示されました。この研究では、これらの高分子との相互作用の非常に高い反応速度定数を報告し、分解膜汚染物質におけるUV/E-CLの有効性をサポートしています。このプロセスは、SA-BSA構造をより小さな粒子に断片化しただけでなく、粘度と水分補給能力を大幅に低下させ、それによりゲル状のファウリング層を弱めました。
熱力学的洞察：重要な要素としての水の発生状態
この研究では、膜のファウリングの熱力学をさらに調査し、水の発生が、従来の多孔性や透過性因子よりも、ゲルの炎症性を拡大することを確認しました。熱重量分析により、コントロールファウラント層の結合水分含有量は80％近くであるが、UV/E-CL治療は10％未満に減少したことが明らかになりました。このシフトにより、水の放出が容易になり、最終的にろ過抵抗が低下し、ろ過効率が向上しました。
実用的なアプリケーションに向けて
これらの説得力のある結果により、研究者は、プロセスのスケーラビリティを高めるために、電極材料、UV強度、治療期間などの原子炉パラメーターを最適化することを提案します。この研究では、ラジカル生成をさらに高め、治療効率を改善するために、UV/E-CLと過酸化水素などの他の酸化剤との統合も提案しています。さらに、研究者は、海水などの低濃度NaCl溶液を使用して、持続可能で費用対効果の高い廃水処理を達成する可能性を強調しています。
膜技術の普遍的なブレークスルー
この研究はWASを使用して実施されましたが、その発見は廃水処理を超えた広範な意味を持っています。水発生の認識は、膜ファウリング緩和の支配的な因子としての状態であり、異なる膜プロセスと反応器スケールにわたって普遍的な重要性を保持します。このブレークスルーは、世界中の水処理産業におけるより効率的で持続可能なろ過技術への道を開きます。
効率的な廃水管理に対する世界的な需要の増加に伴い、UV/E-CLテクノロジーは、膜の寿命を改善し、運用コストを削減し、全体的な治療パフォーマンスを向上させるための有望なソリューションを提示します。研究者がこの革新的なアプローチを改良し、拡大し続けるにつれて、廃水処理の未来はますます効率的で持続可能に見えます。
詳細については、Nature Communicationsで公開されている完全な研究を参照してください。
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投稿時間：03-2025年4月