Robust zirconia ceramic membrane with exceptional performance for purifying nano-emulsion oily wastewater

材料科学 立方氧化锆 乳状液 化学工程 膜污染 过滤(数学) 结垢 陶瓷 纳米- 超滤(肾) 膜技术 陶瓷膜 色谱法 化学 复合材料 工程类 统计 生物化学 数学
作者
Xueling Wang,Kuo Sun,Guoquan Zhang,Fenglin Yang,Shihong Lin,Yingchao Dong
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:208: 117859-117859 被引量:123
标识
DOI:10.1016/j.watres.2021.117859
摘要

While membrane-based oil-water separation has been widely explored, using conventional membranes to treat oily wastewaters remains practically challenging especially when such wastewaters contain more stable nano-sized oil droplets and are of high oil content, and harsh chemical conditions. Herein, we report a novel protocol of efficiently separating both synthetic and real oil nano-emulsions via specially designed robust zirconia membranes. The best-performing zirconia membrane, fabricated at low sintering temperature, has relatively uniform sub-100 nm pores and is underwater superoleophobic. Such zirconia membranes possess not only outstanding separation performance under long-term operation but robust structural stability at harsh conditions. At different cross-flow velocities, a combined model of intermediate pore blocking and cake filtration dominated membrane fouling behavior. Specifically, at high pH value (especially > pH(IEP)), membrane fouling was effectively mitigated due to a dominant role of electrostatic repulsion interaction at membrane-oil interface. Compared with conventional and commercial ceramic membranes, our zirconia membrane is the first reported in literature that can effectively reject nano-sized oil droplets (∼18 nm) with over 99% rejection. Moreover, the zirconia membrane has also been challenged with real degreasing wastewater with very high oil content (∼4284 mg L-1) and pH (∼12.4) and delivered consistently high separation performance over many operation cycles.
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