Leachate pelupusan sampah, yang dicirikan oleh komposisi kompleks dan kepekatan pencemar yang tinggi, dianggap sebagai salah satu jenis air kumbahan yang paling mencabar untuk dirawat. Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, teknologi pemisahan membran telah semakin digunakan untuk rawatan lanjutan leachate. Antaranya, membran nanofiltrasi (NF) telah menunjukkan prestasi yang luar biasa kerana penolakan tinggi mereka terhadap sebatian organik dan garam dival atau multivalen. Walau bagaimanapun, fouling dan penyumbatan membran kekal cabaran kritikal untuk operasi stabil jangka panjang -. Fouling bukan sahaja mengurangkan fluks membran dan meningkatkan tekanan operasi tetapi juga menimbulkan kos penggantian dan penggunaan tenaga, secara langsung mempengaruhi kelayakan ekonomi dan kemampanan. Kajian tradisional kebanyakannya memberi tumpuan kepada parameter operasi makroskopik seperti tekanan, suhu, dan pH, manakala pemahaman tahap mikro - mengenai hubungan antara struktur molekul organik dan tingkah laku fouling tetap terhad. Untuk menangani masalah ini, penyelidik telah memperkenalkan parameter kimia kuantum dan model hubungan struktur kuantitatif (QSAR) untuk meneroka mekanisme fouling pada skala molekul, menyediakan jalan baru untuk meramalkan dan mengawal fouling membran.
Dari segi metodologi, kajian ini memberi tumpuan kepada membran NF8040 yang dibuang dari loji rawatan leachate di Shanghai. Analisis ICP mengesahkan bahawa fouling terutama disebabkan oleh pemendapan ion dan fe³⁺ ion. Eksperimen penjerapan dan pembekuan telah dijalankan menggunakan 15 pewarna organik biasa sebagai bahan pencemar model dalam sistem CACL₂ dan FECL₃ untuk menentukan kecekapan penyingkiran. Hasilnya menunjukkan bahawa sistem FECL₃ mempamerkan kecekapan penyingkiran organik yang lebih tinggi daripada sistem CACL (penyingkiran purata: 45.94% vs 5.50%), dengan perbezaan yang ditandakan di kalangan molekul individu, menunjukkan bahawa kesan struktur organik pada fouling berbeza -beza bergantung kepada latar belakang ion inorganik. Pengiraan kimia kuantum dilakukan untuk 45 parameter molekul, termasuk tenaga molekul, caj tempatan, dan tenaga HOMO/LUMO, dan model QSAR ditubuhkan menggunakan regresi stepwise untuk menjelaskan pengaruh struktur molekul pada kecekapan penyingkiran dan sumbangan fouling. Model -model ini telah disahkan melalui silang dalaman - pengesahan, pengesahan luaran, dan ujian rawak y -, menunjukkan kestabilan yang baik dan keupayaan ramalan. Khususnya, dalam sistem CaCl₂, ELUMO (tenaga orbital molekul yang paling tidak didiami) telah dikenalpasti sebagai faktor utama yang mempengaruhi kecekapan penyingkiran organik, sedangkan dalam sistem FECL, EB3LYP (jumlah tenaga molekul, mencerminkan saiz molekul) adalah faktor dominan. Sejumlah 219 sebatian organik dikesan dalam larutan leachate, dari molekul kecil (contohnya, 1,4- diethyl-2-piperazinone) ke kompleks organik-organik yang besar (contohnya, tetracosamethyl-syclododeciasiloxane). Molekul -molekul ini didapati lebih mudah untuk pemendapan dan penyumbatan apabila berinteraksi dengan CA²⁺, yang menjejaskan fluks membran dan hayat perkhidmatan.
Berdasarkan penemuan ini, model QSAR dapat meramalkan tingkah laku pencemar organik yang berbeza di bawah keadaan fouling, menyediakan alat untuk penilaian jangka hayat membran dan memindahkan pendekatan dari "pembersihan selepas fouling" kepada "pencegahan ramalan" proaktif. Dengan mengenal pasti ciri -ciri molekul yang terdedah kepada interaksi dengan Ca²⁺ dan Fe³⁺, reka bentuk membran masa depan boleh disasarkan melalui fungsi permukaan, lapisan hidrofilik, atau pengubahsuaian fouling anti -. Di samping itu, mengintegrasikan pembekuan atau penjerapan pra - strategi rawatan dapat mengurangkan kemasukan tinggi - sebatian organik risiko ke dalam sistem membran, mengurangkan fouling di sumbernya. Gabungan selanjutnya parameter kimia kuantum dengan data sensor dalam talian boleh membolehkan pembangunan sistem ramalan dinamik, memudahkan operasi pintar, adaptif membran NF dan mempromosikan tepat, rendah - pengurusan karbon sistem rawatan leachate.
Ringkasnya, fouling membran nanofiltrasi bukan sahaja dipengaruhi oleh parameter operasi konvensional tetapi juga berkait rapat dengan struktur molekul organik dan ion fouling utama seperti Ca²⁺ dan Fe³⁺. Penyepaduan parameter kimia kuantum dan pemodelan QSAR memberikan gambaran tentang sumbangan pencemar organik yang kompleks kepada fouling dan menawarkan asas saintifik untuk pengoptimuman bahan membran, pengurusan operasi, dan kawalan pintar. Pendekatan ini membuka perspektif baru untuk rawatan yang mampan dan tepat bagi pelindung pelupusan sampah.
