Reusability of Discarded Tubular Ceramic Membranes for CO2 Removal: A Case Study for Membrane Circularity - Karatas, Elcim; Sama A. Al-Mutwalli; Mustafa N. Taher; Mohammad Mahdi A. Shirazi; Derya Y. Köseoğlu-İmer (American Chemical Society (ACS), 2023)
Les membranes polymères ou céramiques mises au rebut ont actuellement besoin d'une gestion appropriée et durable. Dans la présente étude, la réutilisation directe des membranes céramiques mises au rebut dans les systèmes de contacteurs à membrane (MC) pour l'élimination du CO2 a été étudiée pour la première fois. La modification de la surface hydrophobe de la membrane céramique mise au rebut a été effectuée en utilisant un revêtement d'additif macromoléculaire. L'influence des paramètres opérationnels (débit de liquide absorbant (QL), débit de gaz d'alimentation (Qg) et différentes concentrations de NaOH) du MC sur l'élimination du CO2 a été étudiée pour prouver la faisabilité technique des membranes céramiques réutilisées. Le flux d'absorption de CO2 était de 7,9 × 10–4 mol/m2 s dans des conditions optimales de 2 M NaOH, QL (20 mL/min) et Qg (300 mL/min) avec une efficacité d'élimination de 98%, qui a duré 8 h. Cette étude démontre une alternative potentielle pour la réutilisation des membranes céramiques mises au rebut et évite leur mise en décharge. L'approche proposée introduira également la technologie des membranes dans l'économie circulaire et atteindra les objectifs de durabilité en réduisant la quantité de déchets provenant des membranes céramiques mises au rebut à l'avenir et en luttant contre le réchauffement climatique en absorbant le CO2.

Las membranas poliméricas o cerámicas desechadas necesitan actualmente una gestión adecuada y sostenible. En el presente estudio, se investigó por primera vez la reutilización directa de membranas cerámicas desechadas en sistemas de contactor de membrana (MC) para la eliminación de CO2. La modificación de la superficie hidrófoba de la membrana cerámica desechada se realizó mediante el uso de recubrimiento aditivo de macromoléculas. Se investigó la influencia de los parámetros operativos (caudal de líquido absorbente (QL), caudal de gas de alimentación (Qg) y diferentes concentraciones de NaOH) del MC en la eliminación de CO2 para demostrar la viabilidad técnica de las membranas cerámicas reutilizadas. El flujo de absorción de CO2 fue de 7.9 × 10–4 mol/m2 s en condiciones óptimas de NaOH 2 M, QL (20 mL/min) y Qg (300 mL/min) con una eficiencia de eliminación del 98%, que duró 8 h. Este estudio demuestra una alternativa potencial para la reutilización de membranas cerámicas desechadas y evita su eliminación en vertederos. El enfoque propuesto también incorporará la tecnología de membranas a la economía circular y logrará objetivos de sostenibilidad al reducir la cantidad de residuos de las membranas cerámicas desechadas en el futuro y combatir el calentamiento global mediante la absorción de CO2.

Discarded polymeric or ceramic membranes are currently in need of appropriate and sustainable management. In the present study, the direct reuse of discarded ceramic membranes in membrane contactor (MC) systems for CO2 removal was investigated for the first time. The hydrophobic surface modification of the discarded ceramic membrane was done by using macromolecule additive coating. The influence of operational parameters (absorbent liquid flow rate (QL), feed gas flow rate (Qg), and different NaOH concentrations) of the MC on CO2 removal was investigated to prove the technical feasibility of reused ceramic membranes. The CO2 absorption flux was 7.9 × 10–4 mol/m2 s at optimal conditions of 2 M NaOH, QL (20 mL/min), and Qg (300 mL/min) with a removal efficiency of 98%, which lasted for 8 h. This study demonstrates a potential alternative for the reuse of discarded ceramic membranes and avoids their disposal in landfills. The proposed approach will also bring membrane technology into the circular economy and achieve sustainability goals by reducing the amount of waste from discarded ceramic membranes in the future and combating global warming by absorbing CO2.

تحتاج الأغشية البوليمرية أو الخزفية المهملة حاليًا إلى إدارة مناسبة ومستدامة. في هذه الدراسة، تم التحقيق في إعادة الاستخدام المباشر للأغشية الخزفية المهملة في أنظمة الملامس الغشائي لإزالة ثاني أكسيد الكربون لأول مرة. تم تعديل السطح غير الآلف للماء للغشاء الخزفي المهمل باستخدام طلاء مضاف للجزيئات الكبيرة. تم التحقيق في تأثير المعلمات التشغيلية (معدل تدفق السائل الماص (QL)، ومعدل تدفق غاز التغذية (Qg)، وتركيزات هيدروكسيد الصوديوم المختلفة) من MC على إزالة ثاني أكسيد الكربون لإثبات الجدوى الفنية للأغشية الخزفية المعاد استخدامها. كان تدفق امتصاص ثاني أكسيد الكربون 7.9 × 10–4 مول/م 2 في الظروف المثلى لـ 2 م من هيدروكسيد الصوديوم، و QL (20 مل/دقيقة)، و Qg (300 مل/دقيقة) بكفاءة إزالة 98 ٪، والتي استمرت لمدة 8 ساعات. توضح هذه الدراسة بديلاً محتملاً لإعادة استخدام الأغشية الخزفية المهملة وتجنب التخلص منها في مدافن النفايات. كما سيجلب النهج المقترح تكنولوجيا الأغشية إلى الاقتصاد الدائري ويحقق أهداف الاستدامة من خلال تقليل كمية النفايات من أغشية السيراميك المهملة في المستقبل ومكافحة الاحتباس الحراري من خلال امتصاص ثاني أكسيد الكربون.
Keywords: Carbon Dioxide Capture and Storage Technologies; Polymeric Membranes; Composite material; CO2 Capture; FOS: Mechanical engineering; Reuse; Biochemistry; Quantum mechanics; Coating; Membrane Gas Separation Technology; Engineering; Chemical engineering; Nanotechnology; Mixed Matrix Membranes; Membrane Distillation; QD1-999; Waste management; FOS: Chemical engineering; Water Science and Technology; Reusability; Chromatography; FOS: Nanotechnology; Mechanical Engineering; Volumetric flow rate; Physics; Membrane Gas Separation; Membrane; Ceramic; Computer science; Materials science; Programming language; Advancements in Water Purification Technologies; Chemistry; Ceramic membrane; Physical Sciences; Environmental Science; Software