研究人员使用水处理方法从农业废物中捕获酸

运往垃圾填埋场的农业废弃物含有可用于生产高价值化合物的碳源，例如用于制造药品的对香豆酸。电去离子是一种使用离子交换膜的分离方法，是捕获酸和其他有用成分的一种方法。但是，要大规模捕获大量，必须对方法进行改进。

宾夕法尼亚州立大学领导的一个研究小组发明了一类新型离子交换膜晶圆组件，可显着提高电去离子从液体混合物中捕获对香豆酸的能力，同时使用更少的能源并节省资金。研究人员在ACS可持续化学工程上发表了他们的研究结果。他们的文章也被选为该杂志23月<>日的封面。

电去离子首次商业化用于净化水，近年来已用于从废物流中捕获有价值的成分。在此过程中，液体混合物流通过几个离子交换膜和树脂晶片的堆叠，这些膜和树脂晶片类似于海绵，并用聚合物粘合剂固定在一起。当通电时，液体中的离子在堆栈中移动，对香豆酸分离成浓缩的工艺流，然后可以收集。

“为了改进工艺，我们必须改进树脂晶圆，”宾夕法尼亚州立大学化学工程副教授Chris Arges说。“以前，膜会用聚乙烯粘合剂夹在树脂晶圆海绵中，聚乙烯粘合剂目前在工业上用作树脂'胶'，但这导致膜和树脂晶片之间的接触不良。我们用一种聚合物咪唑离子体代替聚乙烯，并在树脂晶片顶部粘上咪唑膜。

通过将膜粘合到晶圆上，研究人员将所需的膜量减少了30%，降低了电去离子单元的成本。新设计还降低了膜和晶圆之间的界面电阻，因为相同的膜和粘合剂化学品被粘合在一起，而不是位于海绵的顶部和下方，有气隙。降低抗性导致捕获对香豆酸的速率增加，允许研究人员使用更小的单位。

“我们知道新材料正在捕获更多的p-香豆酸，但我们不确定为什么，”Arges说。“我们的合作者Revati Kumar进行了模拟，以找出为什么它工作得更好。

路易斯安那州立大学化学副教授Kumar发现咪唑增加了对香豆酸的溶解度，并刺激了材料内更快的扩散。

“乘在一起，溶解度和扩散等于渗透率，或者我们在酸穿过膜树脂晶片网络进入浓缩室时去除酸的速度，”Arges说。

Arges将渗透性与旅客通过机场安检线的比率进行了比较。随着更多安检点的加入，更多的人可以通过线路，从而增加了线路的渗透性。

因此，增加渗透性会降低对香豆酸与膜树脂晶片材料结合的机会，称为结垢，而不是穿过膜。

“咪唑膜树脂晶圆组件促进对香豆酸通过膜的流动，这在使用其他材料(如聚乙烯)时是一个问题，”Arges说。

研究人员表示，当与当前的树脂晶圆配置进行基准测试时，新的膜配置和材料导致对香氢酸捕获量增加七倍，同时使用的能量减少70%。新组件还减少了工艺中使用的膜量，从而节省了大量成本。