การปฏิวัติการรักษาหลุมฝังศพด้วยตัวกรองนาโนเทคโนโลยี

ตัวกรองที่มีการพิมพ์ 3 มิติที่ทำจากการรีไซเคิลไนลอนและไทเทเนียมไดออกไซด์มีแนวโน้มในการรักษากรวดที่มีประสิทธิภาพแม้ว่าอุปสรรคจะยังคงอยู่ก่อนที่พวกเขาจะสามารถทำตามมาตรฐานของน้ำดื่มได้

สินเชื่อรูปภาพ: Akarapon Thanakul/Shutterstock.com

ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาระบบการกรองน้ำใหม่ที่รวมนาโนเทคโนโลยีเข้ากับการพิมพ์ 3 มิติโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างโซลูชันการประมวลผลที่ยั่งยืนและยั่งยืน ตามที่ระบุไว้ใน ตัวอักษรขนาดเล็กและนาโนการศึกษาแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้มีตัวกรองที่มีโครงสร้างในน้ำผึ้งไนล่อนที่มีการพิมพ์ 3 มิติปกคลุมด้วยไทเทเนียมไดออกไซด์ (TIO (TIO₂) อนุภาคนาโน

วัสดุนาโนเช่น Tio₂ พวกเขามักจะทดสอบในการบำบัดน้ำในแง่ของคุณสมบัติโฟโตคะตาไลติกและยาต้านจุลชีพรวมถึงพื้นผิวขนาดใหญ่ คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้พวกเขาสามารถกระจายสิ่งสกปรกอินทรีย์และทำให้เกิดเชื้อโรคอย่างมีประสิทธิภาพ

อย่างไรก็ตามการรวมวัสดุดังกล่าวเข้ากับระบบการกรองที่ใช้งานได้ยาวนานอาจเป็นเรื่องยาก เยื่อหุ้มเซลล์แบบดั้งเดิมมักจะเป็นมลพิษจากมลพิษอายุการใช้งานที่ จำกัด และต้นทุนการผลิตที่สูง

เพื่อแก้ปัญหานี้นักวิทยาศาสตร์ใช้เส้นใยการผลิต (FFF) ซึ่งเป็นเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติที่ช่วยให้สามารถควบคุมเรขาคณิตตัวกรองได้อย่างแม่นยำ วิธีการนี้ช่วยให้การออกแบบการใช้งานตัวกรองที่กำหนดค่าได้หลายครั้งซึ่งใช้ประโยชน์ของวัสดุนาโนในขณะที่ปรับปรุงความมั่นคงทางกลและความสะดวกในการผลิต

การผลิตตัวกรอง

ทีมใช้ FFF เพื่อพิมพ์โมดูลในรูปของน้ำผึ้งรีไซเคิลไนลอนแล้วใช้ TIO₂ อนุภาคนาโนผ่านการเคลือบกระดูกสันหลัง

วิธีนี้ได้รับเลือกเพื่อปรับปรุงพฤติกรรมของการอุดตันและเพิ่มการกักขังมลพิษ การออกแบบรังผึ้งมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างเส้นทางการไหลที่คดเคี้ยวปรับปรุงการกรองทั้งในโหมดตาบอดและการกรองความลึก

หลังจากการประดิษฐ์ตัวกรองจะถูกทดสอบเชิงกลการวิเคราะห์ความพรุนและการควบคุมการกระจายของวัสดุนาโน ผลลัพธ์ของพวกเขาได้รับการประเมินโดยทางของหลุมฝังศพผ่านตัวกรองในโหมดตาบอดและความลึก

ตัวบ่งชี้สำคัญที่ประเมิน ได้แก่ ความขุ่น, ร่างกายของแข็งที่แขวนลอยทั้งหมด (TSS), ความต้องการออกซิเจนทางชีวเคมี (BZT), ความต้องการออกซิเจนเคมี (COR) และประสิทธิภาพของการกำจัดจุลินทรีย์ แม้ว่า photocatalytic ที่มีศักยภาพ tio₂ มันรวมอยู่ในการวิเคราะห์มันไม่ได้ทดสอบอย่างกว้างขวางในสภาพแสงจริง

การศึกษายังตรวจสอบมลพิษของตัวกรองในรอบความมั่นคงทั่วไปและเทคนิคการฟื้นฟูที่เป็นไปได้โดยมุ่งเน้นไปที่วิธีการบูรณาการของวัสดุนาโนที่มีผลต่อประสิทธิภาพและความทนทานในเวลา

ประสิทธิภาพและข้อ จำกัด

ตัวกรอง Nanocomposite ได้แสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงที่สำคัญในการกำจัดจุลินทรีย์อินทรีย์และการยับยั้งการใช้งานเมื่อเทียบกับตัวกรองไนลอนธรรมดา การเสริมแรงนี้มีสาเหตุมาจาก TIO เป็นส่วนใหญ่₂กิจกรรม Photocatalytic ซึ่งช่วยในการสลายสารประกอบอินทรีย์และสร้างออกซิเจนแบบปฏิกิริยาที่มีความสามารถในการสร้างความอับอาย

ในรอบเริ่มต้นตัวกรองเคลือบถึงอัตราการกำจัดสูงถึง 85 % สำหรับ BZT และ 80 % สำหรับ COD ในโหมด Class ตาบอด การกรองความลึกให้ประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าเล็กน้อย 80 % BZT และ 75 % Chzt หลังจากห้ารอบการกรองตัวเลขเหล่านี้ลดลงเหลือ 58 % สำหรับ BZT และ 50 % สำหรับ COD ซึ่งบ่งชี้ว่าถาวรแม้ว่าจะลดประสิทธิภาพในเวลา

ที่สำคัญการเพิ่ม tio₂ เขาไม่ได้คุกคามแรงทางกลของตัวกรองไนล่อนที่รักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างในรอบการกรองจำนวนมาก ตัวกรองยังแสดงให้เห็นถึงความต้านทานต่อมลพิษที่เพิ่มขึ้นซึ่งเป็นปัญหาที่พบบ่อยในระบบเมมเบรนด้วย TIO ที่ทำความสะอาดด้วยตนเอง₂–

อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ระบบต่อสู้เพื่อลดความขุ่นและ TSS ให้อยู่ในระดับที่จำเป็นสำหรับการดื่มน้ำ อนุภาคขนาดใหญ่มักจะผ่านรูขุมขนขนาดค่อนข้างใหญ่และสถาปัตยกรรมของเซลล์เปิดในโครงสร้างรังผึ้งซึ่งส่งเสริมประสิทธิภาพการไหลผ่านการจับอนุภาคของแข็งขนาดเล็ก

การค้นพบชี้ให้เห็นว่าจำเป็นต้องมีการปรับปรุงเพิ่มเติมเช่นโครงสร้างรูขุมขนขนาดเล็กหรือวิธีการหลายชั้นเพื่อปรับปรุงความแม่นยำและความสอดคล้องของการกรอง

ดาวน์โหลดสำเนา PDF ทันที!

ทิศทางในอนาคต

การศึกษาแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่น่าประทับใจเมื่อรวมวัสดุนาโนกับการพิมพ์ 3 มิติสำหรับระบบกรองโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกระจายอำนาจหรือทรัพยากรที่ จำกัด ของการตั้งค่า การรวม TIO₂ ไม่เพียงเพิ่มการกำจัดมลพิษ แต่ยังเพิ่มความทนทานและการใช้ตัวกรองอีกครั้ง

อย่างไรก็ตามเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานน้ำดื่มอย่างเต็มที่จำเป็นต้องมีการเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติม ซึ่งรวมถึงการปรับปรุงตัวกรองเพื่อปรับปรุงผลลัพธ์ระยะยาวในสภาพจริง

การวิจัยบ่งชี้ถึงอนาคตของนาโนเทคโนโลยีในการแปรรูปน้ำด้วยการใช้งานจริงในภูมิภาคที่โครงสร้างพื้นฐานแบบดั้งเดิมอาจขาด การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุนาโนคอมโพสิตและเทคนิคการผลิตที่ปรับขนาดได้จะเป็นกุญแจสำคัญในการเปลี่ยนนวัตกรรมเหล่านี้ในระดับห้องปฏิบัติการเป็นแอพพลิเคชั่นประจำวัน

การอ้างอิงของวารสาร

Saha sk, และอื่น ๆ (2025) การทำเส้นใยด้วยเส้นใยรีไซเคิลไนลอน-Tio₂ตัวกรองด้วยโครงสร้างรังผึ้งสำหรับการประมวลผลสีเขียว ตัวอักษรขนาดเล็กและนาโน1-18. สอง: 10,1002/mna2.70009