عثمان، أ. I.، تشين، ز.، الجراحي، أ. م.، فرغلي، م.، محمد، I. م. أ.، بريا، أ. ك.، حواش، H. ب.، وياب، P.S. (2024). تكنولوجيا الأغشية لتوفير الطاقة: المبادئ، التقنيات، التطبيقات، التحديات، وآفاق المستقبل. أبحاث الطاقة المتقدمة والاستدامة، المقال 2400011. نشر متقدم على الإنترنت.https://doi.org/10.1002/aesr. 202400011

نُشر في:
أبحاث الطاقة المتقدمة والاستدامة

نسخة الوثيقة:
PDF الناشر، المعروف أيضًا باسم نسخة السجل

جامعة كوينز بلفاست – بوابة البحث:
رابط إلى سجل النشر في بوابة بحث جامعة كوينز بلفاست

حقوق الناشر
حقوق الطبع والنشر 2024 المؤلفون.
هذه مقالة مفتوحة الوصول نُشرت بموجب ترخيص المشاع الإبداعي للاستخدام المنسوب (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)، الذي يسمح بالاستخدام غير المقيد، والتوزيع، وإعادة الإنتاج في أي وسيلة، بشرط أن يتم الإشارة إلى المؤلف والمصدر.

الحقوق العامة
تحتفظ المؤلف(ون) و/أو مالكي حقوق الطبع والنشر الآخرين بحقوق الطبع والنشر للمطبوعات المتاحة عبر بوابة بحث جامعة كوينز بلفاست، ومن شروط الوصول إلى هذه المطبوعات أن يعترف المستخدمون ويلتزمون بالمتطلبات القانونية المرتبطة بهذه الحقوق.

سياسة الإزالة
بوابة البحث هي مستودع جامعة كوينز المؤسسي الذي يوفر الوصول إلى مخرجات بحث جامعة كوينز. تم بذل كل جهد لضمان أن المحتوى في بوابة البحث لا ينتهك حقوق أي شخص، أو القوانين البريطانية المعمول بها. إذا اكتشفت محتوى في بوابة البحث تعتقد أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر أو ينتهك أي قانون، يرجى الاتصال بـopenaccess@qub.ac.uk.

تم جعل هذا البحث متاحًا بشكل مفتوح من قبل أكاديميي جامعة كوينز وفريق البحث المفتوح. نود أن نسمع كيف يفيدك الوصول إلى هذا البحث. – شارك ملاحظاتك معنا: http://go.qub.ac.uk/oa-feedback

لقد وضعت التصنيع السريع، والتحضر، ونمو السكان ضغطًا غير مسبوق على موارد الطاقة، مما أدى إلى مخاوف بشأن أمن الطاقة. كان استهلاك الطاقة العالمي في مسار تصاعدي مستمر، حيث تتوقع وكالة الطاقة الدولية (IEA) زيادة في الطلب على الطاقة بحلول عام 2040. من المتوقع أن ترتفع نسبة انبعاثات الكربون المنسوبة إلى نظام الطاقة من مستواها الحالي إلى نسبة متوقعة بحلول عام 2050. في ظل إحصائيات مدهشة، تكافح الدول في جميع أنحاء العالم مع الطلب المتزايد على الطاقة، وتناقص احتياطيات الوقود الأحفوري، والضرورة الملحة لمكافحة تغير المناخ. تتطلب هذه التحديات تحولًا جذريًا في إنتاج الطاقة، والتوزيع، والاستهلاك. لقد ظهرت تقنيات مبتكرة كأدوات لا غنى عنها في مواجهة هذه التحديات الكبيرة. من بين هذه التقنيات، تظهر تكنولوجيا الأغشية كحل متعدد الاستخدامات وواعد للغاية، مهيأة للعب دور محوري في السعي العالمي نحو تعزيز كفاءة الطاقة والاستدامة.
أ. I. عثمان

مدرسة الكيمياء والهندسة الكيميائية
جامعة كوينز بلفاست
مبنى ديفيد كير، طريق سترانميلس، بلفاست BT9 5AG، أيرلندا الشمالية، المملكة المتحدة
البريد الإلكتروني: aosmanahmed01@qub.ac.uk
ز. تشين، P.-S. ياب

قسم الهندسة المدنية
جامعة شيان جياوتونغ-ليفربول
سوتشو 215123، الصين
البريد الإلكتروني: PowSeng.Yap@xjtlu.edu.cn
يمكن العثور على رقم التعريف ORCID للمؤلف(ين) لهذه المقالة تحت https://doi.org/10.1002/aesr.202400011.
© 2024 المؤلفون. أبحاث الطاقة المتقدمة والاستدامة نشرت بواسطة وايلي-VCH GmbH. هذه مقالة مفتوحة الوصول بموجب شروط ترخيص المشاع الإبداعي للاستخدام، الذي يسمح بالاستخدام، والتوزيع، وإعادة الإنتاج في أي وسيلة، بشرط أن يتم الاستشهاد بالعمل الأصلي بشكل صحيح.
أ. م. الجراحي

شركة البروبيلين والبولي بروبيلين المصرية (EPPC)
بورسعيد، مصر
أ. م. الجراحي

قسم الكيمياء البيئية
قسم العلوم البيئية
كلية العلوم
جامعة بورسعيد
بورسعيد، مصر
م. فرغلي

قسم الهندسة الزراعية والاقتصاد الاجتماعي
جامعة كوبي
كوبي 657-8501، اليابان
I. م. أ. محمد

قسم صحة الحيوان والدواجن & الصحة البيئية
كلية الطب البيطري
جامعة أسيوط
أسيوط 71526، مصر

تتضمن تكنولوجيا الأغشية مجموعة واسعة من طرق الفصل التي تعتمد على الأغشية شبه المنفذة، مما يمكّن الفصل الانتقائي لمكونات مختلفة داخل الخلطات السائلة. تعزز مرونة تكنولوجيا الأغشية من قدرتها على التكيف مع مجموعة متنوعة من القطاعات. لقد تجاوزت قيودها السابقة على التطبيقات المتخصصة وتلعب الآن دورًا كبيرًا في العمليات الصناعية الواسعة، فضلاً عن المجالات الناشئة مثل معالجة المياه، والرعاية الصحية، وإنتاج الطاقة المتجددة. سواء تم تطبيقها على تحلية مياه البحر أو تنقية الغازات والسوائل، تقدم تكنولوجيا الأغشية إجابات فعالة ومستدامة لتحديات صناعية متنوعة. تضع هذه القابلية للتكيف تكنولوجيا الأغشية كنهج محوري لتعزيز ممارسات التصنيع الصديقة للبيئة والمستدامة.

لقد تم التعرف منذ فترة طويلة على طرق الفصل التقليدية مثل التقطير والتبلور لاستهلاكها العالي للطاقة وتأثيراتها السلبية على البيئة. في المقابل، تعتبر تقنية الأغشية مثالاً على ممارسات الفصل الموفرة للطاقة. في جوهرها، تعمل على مبدأ السماح بشكل انتقائي بمرور مكونات معينة من خلال غشاء، اعتمادًا على عوامل مثل الحجم والشحنة أو الخصائص الكيميائية. يؤدي هذا الانتقائية الفطرية إلى تقليل استهلاك الطاقة، وتقليل الانبعاثات، وزيادة نقاء المنتج، مما يجعل تقنية الأغشية أداة أساسية لتحقيق أهداف الاستدامة. من خلال تقليل متطلبات الطاقة بشكل كبير في عمليات الفصل عبر صناعات متنوعة، مثل البتروكيماويات، والأدوية، وقطاع الأغذية والمشروبات، لا تحافظ تقنية الأغشية على الموارد القيمة فحسب، بل تلعب أيضًا دورًا حيويًا في التخفيف من أزمة الطاقة العالمية. إن قدرتها على تحسين كفاءة الطاقة، وتقليل التأثيرات البيئية، وتعزيز الاستدامة تتماشى مع الضرورة الملحة للانتقال نحو استخدام الطاقة بشكل أنظف وأكثر كفاءة.

في هذه المخطوطة الشاملة، نقدم فهمًا دقيقًا لمبادئ تقنية الأغشية وآلياتها ومزاياها وقيودها، مما يعزز تقديرًا أعمق لدورها في معالجة أزمة الطاقة وتعزيز الاستدامة. نتناول الآليات والمبادئ التي تستند إليها تقنية الأغشية، بما في ذلك هيكل الغشاء، وآليات النقل، وعوامل الأداء. بالإضافة إلى ذلك، نناقش كفاءة الطاقة للتقنية، وانتقائيتها، وتأثيرها البيئي المنخفض، بينما نتناول أيضًا التحديات مثل انسداد الأغشية ومخاوف التكلفة. نستكشف الآفاق، والاتجاهات الناشئة، والتطبيقات المحتملة من معالجة البيئة إلى الرعاية الصحية، مع تسليط الضوء على التحديات الحرجة التي يجب التغلب عليها لتحقيق الإمكانات التحويلية للأغشية بالكامل.

بينما نتعمق أكثر في هذا الاستعراض، نستكشف كيف أن الخصائص الفريدة لتقنية الأغشية تجعلها لاعبًا حاسمًا في معالجة التحديات الطاقية الملحة في عصرنا. في النهاية، نلخص المعايير الرئيسية التي تم مناقشتها هنا، مؤكدين على أهمية تقنية الأغشية في قطاع الطاقة واقترح اتجاهات البحث المستقبلية.

تعتبر تقنية الأغشية لاعبًا محوريًا في مجال تقنيات توفير الطاقة. تمتد تطبيقاتها عبر طيف واسع، تؤثر على قطاعات متنوعة مثل معالجة المياه، وفصل الغاز، وخلايا الوقود. تتمتع العمليات المعتمدة على الأغشية بالقدرة الملحوظة على تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير مقارنة بالطرق التقليدية. على سبيل المثال، في عمليات التحلية، تسمح الأغشية بإزالة فعالة للملح والشوائب من مياه البحر، مما يتطلب طاقة أقل من الطرق الحرارية التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، تمكّن أغشية فصل الغاز من التقاط الغازات القيمة مثل الهيدروجين والميثان من العمليات الصناعية، مما يساعد في استعادة الطاقة وتقليل الانبعاثات. تتضمن إحدى الطرق لتعزيز الاستدامة في تقنية الأغشية استخدام البوليمرات القابلة للتحلل والمذيبات غير السامة لإنتاج الأغشية، مما يحل محل المواد البترولية غير القابلة للتحلل والمذيبات الخطرة. تشمل الاستراتيجيات الإضافية إعادة تدوير مكونات الأغشية، وتقليل الخطوات التحضيرية لتقليل استهلاك الطاقة والنفايات، وإعادة استخدام المياه المالحة أو الحمأة، ودمج ميزات مقاومة الانسداد لتقليل النفايات، واستغلال الطاقة من المواد المهدرة. بينما يتسع نطاق تطبيقاتها، تصف هذه القسم بعض الاستخدامات المحددة لهذه الأغشية في توفير الطاقة عبر تطبيقات صديقة للبيئة، بما في ذلك تطبيقاتها في معالجة المياه، واستعادة المذيبات العضوية، وإزالة الملوثات الصيدلانية والعلاجية، وفصل الغاز.

يتطلب التصدي للتحدي العالمي المتمثل في تناقص موارد المياه العذبة، خاصة في الدول النامية، حلولًا فعالة. تبرز التحلية ومعالجة مياه الصرف كطرق حيوية لضمان إمدادات مياه آمنة وكافية، نظرًا للاحتياطيات الكبيرة من المياه في المحيطات والتوليد المستمر لمياه الصرف. من بين هذه الحلول، اكتسبت أنظمة فصل الأغشية شهرة في تنقية المياه، والتحلية، ومعالجة مياه الصرف. تركز التحلية على إزالة الأملاح غير العضوية، بينما تتضمن معالجة مياه الصرف القضاء على المعادن الثقيلة، والأصباغ العضوية، والمبيدات، والمواد الزيتية إلى جانب الأملاح غير العضوية. تشمل العمليات الشائعة للأغشية الترشيح الدقيق، والترشيح الفائق، والترشيح النانوي (NF)، والتناضح العكسي (RO)، والتبخر، والتقطير الغشائي، والتناضح الكهربائي. لزيادة كفاءة الفصل، يتم تصميم الأغشية بفتحات أصغر، مما يتطلب ضغطًا أعلى. تقليديًا، كانت البوليمرات الاصطناعية مثل فلوريد البولي فينيليدين (PVDF)، وبولي أكريلونيتريل (PAN)، وبولي إيثير سلفون هي القاعدة. ومع ذلك، فإن المخاوف البيئية المتزايدة تدفع نحو التحول إلى بدائل قابلة للتحلل مثل بولي هيدروكسي ألكانوات، وحمض البولي لاكتيك (PLA)،
بولي بوتيلين سكسينات، بالإضافة إلى مواد طبيعية مثل السليلوز، والألجينات، والكيتوزان، والكيتين، واللجنين، والكولاجين، والسيريسين. بينما تم تسويق الأغشية المتوافقة حيويًا في وقت مبكر من الستينيات، إلا أنها كانت م overshadowed by synthetic polymers due to challenges in their production. ومع ذلك، فإن التركيز الحالي على الاستدامة البيئية وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري قد أعاد إحياء الاهتمام بتقنية الأغشية الخضراء، التي تظهر وعدًا عبر تطبيقات متنوعة. لقد جعلت التقدم في تقنيات فعالة من حيث التكلفة، وكفء، وقابلة للتوسع معالجة المياه على نطاق واسع باستخدام الأغشية واقعًا عمليًا. على سبيل المثال، طور هان وآخرون. أغشية NF رقيقة للغاية من الجرافين ( سماكة) على ركائز ميكرو مسامية. أظهرت هذه الأغشية احتفاظًا بالأملاح الأيونية وفقًا لمبدأ استبعاد دونان، مع ترتيب الاحتفاظ ، إلى جانب رفض كامل للأصباغ العضوية. من المRemarkably، تم استخدام 34 ملغ فقط من أكسيد الجرافين المخفض لإنتاج من الغشاء، مما يشير إلى عصر جديد من التكنولوجيا الموفرة للإمدادات والفعالة من حيث التكلفة لتنقية المياه.

في أنظمة RO، فإن أكبر مساهم في استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل ينشأ من الحاجة إلى ضغط التغذية باستخدام مضخات عالية الضغط. تزداد ملوحة مياه الصرف مع زيادة تدفق مياه البحر والتسرب، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة في الحالة الأساسية. ومع ذلك، يتم التخفيف من نسبة الزيادة في استهلاك الطاقة من خلال خلط التدفقات عالية الملوحة. يوفر غشاء التناضح العكسي (FO)-RO، الذي لا يتطلب توربينًا أو وحدة استرداد الطاقة، ترشيحًا مزدوجًا للأغشية لتدفقات التغذية المتضررة مقارنةً بأغشية RO التقليدية، مما يقلل من الطاقة المطلوبة لـ RO ويحسن احتفاظ ملوثات مياه البحر. قارن أتا رد وآخرون. كفاءات الطاقة لأنظمة ROPRO وأنظمة FO-RO الهجينة عند نفس معدل استرداد RO، وزيادة تخفيف نظام PRO/FO قللت من استهلاك الطاقة لمعالجة غشاء RO-PRO ( توفير). استخدم لي وآخرون. نظام غشاء RO من الألياف المجوفة مع نفاذية عالية ( بار ) لمعالجة مياه مالحة بتركيز 400 جزء في المليون، مما يستهلك فقط لكل وحدة من الطاقة، وهو تقليل في استهلاك الطاقة. أسفرت هذه الدراسة عن توفير كبير للطاقة لمياه البحر تحت نطاق تركيز الملح 2000 جزء في المليون.

في الثمانينيات، تم تقديم أجهزة استرداد الطاقة (ERDs) إلى أنظمة RO لالتقاط وإعادة استخدام الطاقة، مما يضغط بشكل فعال على التغذية الواردة وبالتالي يقلل من إجمالي استهلاك الطاقة للنظام. وافق وانغ وآخرون. على أنه بخلاف نفاذية الغشاء، كانت عدم كفاءة المضخات وERD لها التأثير الأكبر على استهلاك الطاقة المحدد. كما أن زيادة ضغط ودرجة حرارة مياه التغذية لها تأثير إيجابي كبير على استرداد المياه. على سبيل المثال، كوتسوس وآخرون. أفاد بأن درجة حرارة مياه التغذية العالية تقلل من إجمالي استهلاك الطاقة بسبب خسائر اللزوجة واحتكاك التدفق. ومع ذلك، فإنها تزيد أيضًا من الضغط الأسموزي ومعدل التسرب، مما يؤدي إلى تدهور أداء نظام استرداد الطاقة. هذه الخسارة في الطاقة تكون بارزة بشكل خاص في أنظمة التحلية بالمياه المالحة، التي تعمل عادةً بمعدلات استرداد منخفضة من تتطلب ضغوطًا تطبيقية أعلى. ساعدت ERD مصنع تحلية المياه RO التابع لشركة البوتاس العربية في تقليل استهلاك الطاقة بـ وساعد في تقليل الغلاف الجوي انبعاثات الغاز. منصور وآخرون أضاف مخططات العلاقات الكيانية للاستفادة منها
المحلول الملحي عالي الضغط الذي يتم إطلاقه من تيار احتباس الغشاء، والذي يمكن أن يحسن أداء المصنع ويوفر ما يصل إلى في استهلاك الطاقة. كانت الجيل الأول من أنظمة استعادة الطاقة المستخدمة في أنظمة التناضح العكسي عبارة عن أنظمة طرد مركزي، تضم أجهزة مثل توربينات فرانسيس، وعجلات بيلتون، وضواغط التوربو. ومع ذلك، كانت هذه الأنظمة المبكرة لاستعادة الطاقة ذات سعة محدودة وكفاءة أقل من . جاء تقدم ملحوظ مع إدخال أجهزة تبادل الطاقة الإيزobarية، بما في ذلك مبادلات العمل من نوع المكبس ومبادلات الضغط الدوارة. قدمت هذه الابتكارات سعة غير محدودة وحققت كفاءات تصل إلى . وبالتالي، استفادت أنظمة التناضح العكسي من توفير الطاقة يصل إلى بسبب هذه القفزة التكنولوجية الكبيرة. جميل وآخرون قدمت مبادل ضغط إيزوباري لاستبدال أجهزة استرداد الطاقة التقليدية وصمامات الخنق في تيارات المحلول الملحي لزيادة قدرة محطة التحلية، مما يسهل مزيدًا من التخفيض في استهلاك الطاقة و من كفاءة القانون الثاني. نظرًا لعدم وجود مكبس مادي بين تدفق مياه البحر وتدفق المحلول الملحي المركز في الأنبوب، تعتبر أجهزة ERDs الدوارة أجهزة مطورة يمكن أن تحقق كفاءات استرداد طاقة عالية جدًا. لو وآخرون وجد أن جهاز استرداد الطاقة المتكامل وضغط الهواء الموصى به يقلل من استهلاك الطاقة الكهربائية بـ مقارنةً بـ ERD التقليدي وحققت أقصى كفاءة لاسترداد الطاقة ومعدل خلط قدره و على التوالي، لعملية التحلية من خلال ضبط إزاحة قناة الدوار بشكل عقلاني.

انخفاض تكلفة تقنيات الطاقة المتجددة، وخاصة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV)، لقد دفعت التقدم في دمج الطاقة المتجددة مع طرق التحلية. لتقليل استهلاك الطاقة في التحلية بالتناضح العكسي، إحدى الطرق هي التهجين مع العمليات التكميلية، مما قد يقلل من تكلفة التحلية بالتناضح العكسي المدعومة بالطاقة الشمسية. تهدف هذه الأنظمة المتكاملة إلى تقليل انبعاثات الكربون، مما يوفر حلاً مستدامًا وفعالًا لتوريد الطاقة. حاليًا، هناك تركيز متزايد على دمج مصادر الطاقة المتجددة مع تقنيات التحلية الهجينة والمتعددة الهجينة. من بينها، تم استخدام توربين رياح هجين مستقل مع بطارية الطاقة الشمسية في المملكة العربية السعودية لتزويد مشروع تحلية المياه بالطاقة. وو وآخرون اقترح نظام هجين من الطاقة الشمسية/الديزل لتحسين نظام التحلية، والذي يمكن أن يقلل بشكل كبير من انبعاثات غازات الدفيئة مقارنة بنظام الديزل الفردي وهو فعال من حيث التكلفة وصديق للبيئة. تعتمد جدوى نظام الطاقة الشمسية-التحلية على توفر المورد الشمسي، وطلب نظام التحلية، وخصائص المياه، وسياسات الحكومة المحلية. جيوا وحسن زيادة القيمة الاقتصادية لإنتاج المياه العذبة بمقدار من خلال استخراج الطاقة الحرارية من الملح المنصهر عبر نظام ترمو siphon يمكنه تركيز الطاقة الشمسية. لقد وصلت تقنية التحلية بالطاقة الشمسية (RO) المدعومة بالطاقة الشمسية إلى مرحلة ناضجة تقنيًا ومتاحة تجاريًا. التكلفة الإجمالية لهذا النظام مرتبطة ارتباطًا وثيقًا باستهلاك الطاقة لمكوناته الفردية.

وبالمثل، فإن الطاقة الشمسية الحرارية، كونها مصدر حرارة متجدد اقتصادي، تحمل إمكانيات لأنظمة التقطير الغشائي الهجينة. في مثل هذه الأنظمة، يؤثر تكلفة إمداد الحرارة بشكل كبير على الكفاءة العامة للطاقة. على الرغم من التحديات مثل إمداد الطاقة الموسمي والتكلفة الإضافية لبطاريات التخزين، فإن دمج مصادر الطاقة المتجددة مع تقنيات التحلية الهجينة يعد بديلاً نحو تحلية فعالة من حيث الطاقة. ومع ذلك، فإن تحسين استهلاك الطاقة المحدد لأنظمة التحلية الهجينة يتطلب المزيد من الجهود و
يجب أن يتم تقييم مصادر الطاقة المتجددة من خلال كل من النمذجة والدراسات التجريبية قبل النظر في جدواها التجارية.

تمثل خلايا الوقود الميكروبية تقنية صديقة للبيئة تخدم غرضين من خلال معالجة مياه الصرف بينما تولد الطاقة. كانت الأغشية البوليمرية المتوافقة حيوياً أساسية في تسهيل نقل البروتونات. بين القطبين الكهربائيين لـ MFCs. تعتبر البوليمرات الحيوية مثل الكيتوزان والألجينات، المعروفة بخصائصها المحبة للماء، مرنة ويمكن تعديلها لتلبية متطلبات محددة لخلايا الوقود الميكروبية، مثل انخفاض توصيل البروتونات ونفاذية الميثانول، على غرار أغشية النافيون. علاوة على ذلك، توفر الأغشية المختلطة القائمة على البوليمرات الحيوية مزايا مميزة مقارنة بالأغشية النقية. على سبيل المثال، كابيلو وآخرون. درسوا تأثير البكتين، وهو بوليمر إلكتروليتي أخضر، على أغشية الكيتوزان-بكتين. وقد لاحظوا زيادة في نفاذية الميثانول للأغشية المركبة. مقارنة بأغشية الكيتوزان النقي، التي كانت لديها نفاذية للميثانول يمكن أن تحقق MFC كفاءات تحويل الطاقة الكهربائية تصل إلى أعلى من المعالجة اللاهوائية التقليدية. في دراسة، وُجد أن غشاء تبادل البروتون الهجين الذي طوره لي وآخرون. مع مزيج من الكيتوزان والألجينات يمكن أن يحقق توليد طاقة من (بكثافة تيار تبلغ )، مما يعزز بشكل كافٍ أداء توليد الطاقة في خلية الوقود الميكروبية (MFC) بمعدل 2.1. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر النسبة بين البوليمرات الحيوية على الربط الأيوني للغشاء المركب، وزيادة الألجينات تحسن من قدرة الامتصاص وتبادل الكاتيونات في غشاء الكيتوزان. نظرًا لأن بوليمر (R)-3-هيدروكسي بيوتيرات (PHB) يتمتع بنفاذية أيونية جيدة في الجسم وقابلية للتحلل البيولوجي، فإنه يعتبر مادة جيدة لخلية الوقود الميكروبية، أولايويولا سيراجودين وآخرون. استخدمت غشاء مركب تم إنشاؤه من خلال دمج سلسلة متوسطة -3-هيدروكسي أسترات الأحماض الدهنية مع PHB لإظهار نقل بروتون أفضل، وأقصى جهد محتمل، وكثافة طاقة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تعزز التآزر بين خلايا الوقود الميكروبية والطحالب أو البكتيريا الزرقاء بشكل كبير كل من توليد الطاقة ومعالجة مياه الصرف. تلعب هذه الكائنات الدقيقة دورًا حيويًا في تعزيز نمو البكتيريا عند القطب الموجب، مما يمكّن من توفير الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي، وإزالة النيتروجين والفوسفور من مياه الصرف الصحي. إن دمج أنظمة الأغشية في هذه العملية لإزالة التلوث البيولوجي يوفر مزايا كبيرة لجمع الكتلة الحيوية للطحالب، واستخراج الدهون أو العناصر الغذائية غير المستخدمة، وتسهيل المعالجة اللاحقة للمنتجات القيمة مثل الوقود الحيوي. ومن الجدير بالذكر، أن كومار وآخرين نشر مراجعة شاملة تركز على الأساليب الخضراء المتكاملة مع الأغشية لإنتاج الوقود الحيوي والمنتجات الثانوية ذات القيمة المضافة من مياه الصرف باستخدام طرق قائمة على الطحالب. وأبرز المؤلفون النتائج الرئيسية التالية: أولاً، يمكن أن تحل الاستفادة من مغذيات مياه الصرف محل المواد الخام والمواد الكيميائية المكلفة، مما يمكّن من زراعة الكتلة الحيوية للطحالب الدقيقة بشكل فعال من حيث التكلفة وعلى نطاق واسع، بينما يسهل في الوقت نفسه المعالجة البيولوجية وإزالة المعادن السامة، و العزل. ثانياً، توفر الأنظمة المعتمدة على الأغشية
نهج فعال من حيث التكلفة وبسيط لجني الكتلة الحيوية للطحالب، واستخراج الدهون، وفصل المنتجات القيمة. ثالثًا، يتيح استخدام أنظمة الأغشية للفصل اللاحق لمخاليط استرات الميثيل الدهنية الاحتفاظ بالزيت غير المتفاعل، واستعادة الكحول غير المستخدم، وفصل الجلسرين، مما يعزز الكفاءة من حيث التكلفة. علاوة على ذلك، يمكن أن يؤدي الفصل والتنقية المعتمدة على الأغشية لمخاليط استرات الميثيل الدهنية إلى إنتاج وقود حيوي يفي بمعايير الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد بتكلفة أقل وبأثر بيئي مخفض.

تعتبر التجمعات الميكروبية من الطحالب الدقيقة أدوات فعالة لتطوير المجتمعات الميكروبية المفيدة، وتساعد التفاعلات غير الذاتية بين الطحالب الدقيقة والبكتيريا المنتجة للمواد الخارجية على تشغيل خلايا الوقود القائمة على الطحالب (MMFCs) بأقل مدخلات للطاقة، مما يساهم في كفاءة توليد الطاقة لخلايا الوقود. ونتيجة لذلك، تظهر خلايا الوقود MMFCs كفاءة أعلى في استعادة الطاقة المشحونة مقارنة بخلايا الوقود التقليدية، حيث تحقق خلايا الوقود MMFCs ذات نقطة الطاقة القصوى إنتاج الطاقة، مما ينتج عنه كهرباء حيوية تقلل بشكل فعال من استهلاك الكهرباء في تطبيقات معالجة مياه الصرف الصحي وتحسن الاستدامة البيولوجية. تعزز تركيزات الكتلة الحيوية الأعلى النشاط الأيضي لخلايا البكتيريا وإطلاق الإلكترونات لتوليد الطاقة في خلايا الوقود. زيادة تركيز الكتلة الحيوية للطحالب الدقيقة بنسبة في دراسة أجراها ندايسينغا وآخرون. زادت كثافة التيار بنسبة ( ). تجعل الأغشية الحيوية التي تستخدم الطحالب خلايا الوقود أكثر تنوعًا وقدرة على التعامل مع المدخلات السامة أو الركود التشغيلي. وجد كريستوردانا وآخرون. أن خلايا الوقود MMFCs المدعومة بسكر الخميرة يمكن أن تصل إلى جهد قدره 0.17 فولت وكثافة تيار قدرها 400 مللي أمبير، مما يؤدي إلى زيادة في كثافة الطاقة مقارنة بخلايا الوقود التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، أدى ذلك إلى تحسين معالجة الكتلة الحيوية لمياه الصرف الصحي بواسطة الطحالب. وُجد أن تعليق سكر الخميرة في خلايا الوقود MMFCs كان فعالًا في تعزيز توليد الطاقة لخلايا الوقود MMFCs الثابتة بنسبة علاوة على ذلك، يقوم تصميم المفاعل الضوئي المتكامل بضبط شدة الضوء وإمدادات المغذيات، مما يسمح بتوليد محتوى طاقة أعلى من خلال تحويل الكتلة الحيوية للطحالب مقارنة بتوليد الطاقة المباشر من خلايا الوقود. ومع ذلك، لا تزال هناك مجالات للتحسين، مثل تعزيز ملفات الدهون، وضمان الاستقرار على المدى الطويل لمنتجات الطحالب أثناء الاستخراج، وتقدم تسويق مجموعة متنوعة من المنتجات القيمة. تحتاج الدراسات المستقبلية أيضًا إلى معالجة التكلفة العالية للبنية التحتية ومتطلبات الطاقة العالية لجني الطحالب الدقيقة.

تتضمن طريقة إضافية للحفاظ على الطاقة والموارد في تنقية المياه استخدام أغشية خضراء مصنوعة أساسًا من الكتلة الحيوية الحية بدلاً من الاعتماد على البوليمرات المشتقة من الكائنات الحية. عرضت مقاربة مبتكرة حديثة من إيغنسبيرجر وآخرون. تطوير أغشية ترشيح حية باستخدام ثقافة متبادلة من البكتيريا والخميرة المزروعة على شاي الكومبوتشا الأخضر. أظهرت هذه الغشاءات الفائقة الترشيح تدفقًا ملحوظًا من المياه النقية قدره بار وكفاءة عالية في رفض جزيئات البولي بروبيلين والذهب النانوي، محققة معدل رفض يقارب . علاوة على ذلك، تمتلك الخلايا الميكروبية الحية داخل الأغشية القدرة الفريدة على التجدد الذاتي في حالة حدوث ضرر من خلال إنتاج ألياف السليلوز الجديدة. تم ملاحظة هذه القدرة على الشفاء تحت المجهر الضوئي، مما يدل على نمو
الميكروبات واستعادة الغشاء في المنطقة المتأثرة. يقلل تطوير مواد أغشية السليلوز البكتيري من استهلاك الطاقة للفصل المدفوع بالجاذبية ويوسع أيضًا تطبيقات الفصول. هذه الأغشية الخضراء ليست فقط فعالة من حيث التكلفة ولكنها أيضًا صديقة للبيئة، حيث يمكن تخصيصها باستخدام مواد متاحة ومستدامة، مما يمثل اتجاهًا واعدًا لإنشاء أغشية تنقية مياه بأسعار معقولة وصديقة للبيئة.

باختصار، تلعب أنظمة الأغشية دورًا محوريًا في معالجة مياه الصرف وعمليات التحلية. تعتبر تقنيات الأغشية المستدامة ضرورية لمعالجة المياه، سواء كحلول مستقلة أو عمليات مكملة. يُوصى بشدة بمزيد من البحث لمعالجة العوامل التي تؤثر على الاقتصاديات وأداء أنظمة الأغشية، بما في ذلك انسداد الأغشية، وتدفق المياه، والاستدامة العامة.

تُفضل أنظمة الأغشية بشكل متزايد لفصل المنتجات المصنعة والملوثات الكيميائية بكفاءة من مخاليط التفاعل. تقدم هذه الطريقة إنتاجية عالية واستهلاك طاقة منخفض، مما يختلف عن الطرق التقليدية التي تتطلب جهدًا كبيرًا وتكون مكلفة، مثل الكروماتوغرافيا، والتقطير، والاستخراج. علاوة على ذلك، قد يكون لهذه التقنيات التقليدية آثار سلبية على كفاءة العملية العامة. أصبحت المنتجات المصنعة، التي تتراوح من مستحضرات العناية الشخصية إلى الأدوية والمبيدات، ذات أهمية كبيرة في المجتمع الحديث. ومع ذلك، يمكن أن يشكل إدارتها غير السليمة مخاطر بيئية وصحية. غالبًا ما تواجه تقنيات المعالجة التقليدية مثل امتصاص الكربون النشط وعمليات الأكسدة المتقدمة مشكلات تتعلق بالكفاءة والتكلفة والأثر البيئي. ظهرت الأغشية كحل واعد بسبب ميزاتها الملحوظة، مثل الانتقائية العالية، والاختراق، واستخدام الطاقة المنخفض. على سبيل المثال، أظهرت تحليل شامل شمل 158 مبيدًا نتائج واعدة مع RO التجارية. تشكل المبيدات تحديًا كبيرًا عندما يتعلق الأمر بإزالتها من مصادر المياه، نظرًا لتكوينها المعقد. علاوة على ذلك، فإن دمج تقنيات الأغشية مع أساليب بيولوجية أو كيميائية أخرى يحمل القدرة على فتح فرص جديدة في معالجة المياه. ومع ذلك، يمكن معالجة جميع المخاوف المرتبطة بالملوثات الدقيقة، كما ذُكر سابقًا، بشكل فعال من خلال اعتماد استراتيجية مستدامة وصديقة للبيئة وواعية بيئيًا تركز على تقنية الأغشية.

أحد أنواع الأغشية الصديقة للبيئة الملحوظة هو نظام المفاعل الحيوي الغشائي (MBR)، الذي يدمج المعالجة البيولوجية مع الترشيح الغشائي لإنتاج مياه صرف عالية الجودة. تعزز هذه الطريقة التآزرية عملية المعالجة البيولوجية من خلال الاحتفاظ بالميكروبات ومنع غسلها، مما يجعل أنظمة MBR فعالة للغاية في إزالة مجموعة متنوعة من المنتجات المصنعة، بما في ذلك المضادات الحيوية، والهرمونات، ومستحضرات العناية الشخصية. لقد اكتسبت معالجة مياه الصرف الصحي باستخدام الأغشية اللاهوائية (AnMBR) اعترافًا كبديل منخفض الطاقة وواعد للتقنية التقليدية التي تتطلب طاقة عالية من الحمأة المنشطة. قارن هاركلود وآخرون. كفاءة الطاقة لـ AnMBR في إزالة الكبريتات من
مياه الصرف ووجدوا أن التجلط الكيميائي ساعد في استعادة الطاقة من AnMBR ( -0.08 إلى ). يؤثر تكوين MBR بشكل كبير على استهلاك الطاقة الخاص به. وجد أريفي-أوسكوي وآخرون. أن MBRs الغاطسة، مع متطلباتها الأدنى من المعدات، تستهلك فقط إلى من الطاقة مقارنة بـ MBRs الجانبية. سيتطلب الإنتاج والتصنيع على نطاق واسع لعناصر الأغشية المتقدمة تحسين القدرات العلاجية الفردية لـ MBRs. بالإضافة إلى ذلك، سيكون تطوير طرق مبتكرة لإزالة الملوثات وتحليل تلوث الأغشية، بناءً على التحكم التلقائي الدقيق لاستراتيجيات التهوية، أمرًا حاسمًا لتقليل استهلاك الطاقة في MBRs.

تمثل أغشية NF تقنية أخرى ملحوظة للأغشية الخضراء، حيث تزيل بكفاءة الجزيئات العضوية الصغيرة مثل المبيدات والأدوية من خلال التفاعلات الكهروستاتيكية واستبعاد الحجم. تجعل انتقائيتها العالية وكفاءتها أغشية NF بديلاً مفضلًا لمعالجة مياه الصرف والمياه الموفرة للطاقة. تم إثبات جدوى استعادة الليثيوم بشكل انتقائي من أغشية NF في دراسة حديثة أجراها غاو وآخرون. استخدموا أغشية DK270 ذات الشحنة السطحية الإيجابية القوية، وحجم المسام الصغيرة، ومقاومة الحمض القوية، مما سمح بالاحتفاظ واستعادة و من أيونات الليثيوم. تقدم NF تطبيقات واعدة في الفصل الدقيق، حيث توفر مزايا فريدة مثل استهلاك الطاقة المنخفض للأيونات والجزيئات الصغيرة. وجد وافي وآخرون. أن أغشية NF كانت فعالة في تقليل استهلاك الطاقة بنسبة مقارنة بأغشية RO ( ).

تعمل أغشية RO، التي تعتمد على استبعاد الحجم والتفاعلات الكهروستاتيكية، على إزالة مجموعة متنوعة من الملوثات الكيميائية، بما في ذلك المركبات العضوية المتطايرة، والمعادن الثقيلة، والملوثات العضوية الثابتة. إيغيا-كورباخو لوبيرا وآخرون. تمت إزالة الملوثات الجديدة (الكافيين، الثيوبرومين، الثيوفيلين، الأموكسيسيلين، والبنسلين G) بنجاح باستخدام أغشية التناضح العكسي BW30-2540. بالنسبة للملوثات المحايدة، فإن تأثير ألفة الغشاء يكون حاسمًا، وعند تدفقات النفاذ المنخفضة، تظهر أغشية التناضح العكسي معدلات مرور أعلى للملوثات الدقيقة المحايدة المحبة للماء. في المستقبل، قد تُستخدم عناصر غشاء أكبر، أو أنظمة التناضح العكسي متعددة المراحل، أو أغشية أكثر إحكامًا لتحقيق كفاءات إزالة أعلى. كما أن عمليات تقطير الغشاء، التي تستخدم تدرجات الحرارة لفصل الملوثات الكيميائية عن الماء، تقدم أيضًا نهجًا مستدامًا. لقد وُجد أن تقنيات التقطير الغشائي تزيد من تركيز النيكل بمقدار 100 مرة عند وتقليل استهلاك الطاقة الحرارية في استعادة النيكل من خلال عملية ترسيب كيميائي/إيداع كهربائي مشتركة. بالإضافة إلى ذلك، لإزالة المعادن الثقيلة، قام شاهين وآخرون. طور أول نظام لتقطير الأغشية بفجوة هوائية باستخدام الحرارة الضوئية مع عامل احتفاظ عالٍ يحتفظ بـ المعادن الثقيلة ووفرت أساسًا مهمًا للتقطير الغشائي المستدام والفعال لتوفير الطاقة.

تعتبر ضرورة إزالة الملوثات الكيميائية والمنتجات الاصطناعية من مخاليط التفاعل أساسية للتقدم المستمر في مختلف العمليات. على سبيل المثال، في تخمير الأسيتون-البوتانول-الإيثانول، من الضروري استعادة البوتانول للحفاظ على عملية التخمير، التي تهدف إلى إنتاج الوقود الحيوي لمعالجة القضايا المتعلقة بالطاقة والبيئة. في عملية التخمير، عندما يكون البوتانول
تتجاوز التركيز حدًا محددًا ( يتطلب ذلك الإزالة المستمرة للبيوتانول من المرق المخمر. حاليًا، يمكن فصل البيوتانول المتبخر بفعالية عن المزيج دون التأثير على الإنتاجية باستخدام طريقة التبخر، وهي طريقة تعتمد على تدرجات الحرارة والضغط لدفع البيوتانول عبر غشاء. تم تطوير الأغشية النانوية المركبة لهذا الغرض من بوليمر يتمتع بميكرو مسامية جوهرية ونانوجزيئات من الكربون الأسود المفعلة، مما يعزز من خصائص الأغشية المائية، ومقاومتها للتورم، وكفاءة الفصل مقارنةً بالأغشية البوليمرية النقية. تعد هذه الأغشية الهجينة واعدة أيضًا في بناء مفاعلات غشائية يمكنها استخراج البيوتانول مباشرة من مرق التخمير.

غالبًا ما تقدم الأنظمة متعددة المكونات فوائد اقتصادية ومرونة في اختيار البوليمرات. إن دمج المواد غير العضوية، مثل الجسيمات النانوية للأطر العضوية المعدنية (MOFs) أو الأطر العضوية التساهمية (COFs)، يوفر كل من القوة الميكانيكية والانتقائية العالية. تم تصميم العديد من الأغشية الخضراء النانوية المركبة لتجفيف المشروبات الكحولية أو تقليل محتوى الكحول، مما أدى إلى إنتاج مشروبات منخفضة الكحول أكثر رغبة، نسبياً أكثر صحة، مع الحفاظ على المركبات العضوية الأخرى. على سبيل المثال، مساهل وآخرون. استكشفت مؤخرًا نهجًا مبتكرًا لتعزيز الانتقائية وتقليل استهلاك الطاقة في عمليات الفصل المعتمدة على الأغشية. قاموا بتخليق مواد MOF صديقة للبيئة ودمجوها مع البوليمر الحيوي PLA لإنشاء MMM جديد لفصل خليط الميثانول/إيثر الميثيل التيرت-بيوتيلي (MeOH/MTBE) من خلال عملية التبخر. أظهر هذا MMM الجديد أداءً ملحوظًا تحسين في الانتقائية مقارنة بأغشية PLA النقية. كانت الفصيلة الفعالة لـ MTBE، الضرورية لتعزيز مستويات أوكتان البنزين، تتطلب إزالة الميثانول غير المتفاعل. من خلال استخدام التخليق الهيدروحراري المعزز بالميكروويف، تمكنوا من تخليق MOFs كروية الشكل (MIL-100 Fe) بحجم مسام إجمالي من لقد لعبت هذه المواد الإطارية المعدنية دورًا حيويًا في تعزيز انتقائية الميثانول من خلال إنشاء مسارات تفضيلية وتعديل خصائص الغشاء مثل القوة الميكانيكية، وقابلية البلل، وسلوك الانتفاخ. توفر عملية التصنيع الاقتصادية والصديقة للبيئة ثروة من الإمكانيات لتطوير أنظمة فصل الغشاء الموفرة للطاقة.

الهيدروجين يلعب الهيدروجين، كحامل طاقة نظيف ومستدام، دورًا حاسمًا في التخفيف من المخاوف البيئية. في إنتاج الهيدروجين الصناعي، من الضروري تنقية الهيدروجين المنتج بسبب وجود غازات غير مرغوب فيها. توفر البوليمرات العضوية المسامية الناشئة (POPs) ذات الهياكل المسامية المتسقة وأحجام المسام القابلة للتعديل حلاً واعدًا لضبط علاقات النفاذية والانتقائية في عملية الغربلة الجزيئية. يمكن تعديل الأغشية القائمة على البوليمرات المسامية بسهولة بخصائص كيميائية أو فيزيائية متنوعة، مما يتيح تطبيقات مخصصة لفصل الغازات. ويشمل ذلك تنقية من الغازات الأخرى بسبب قطرها الحركي الأصغر، بالإضافة إلى فصل غازات الهيدروكربونات مثل الميثان من أو دعم غازات المواد الأولية الأكثر نظافة وفعالية من حيث التكلفة للاستخدام الصناعي. ومع ذلك، يُعترف على نطاق واسع بأن المواد القائمة على الملوثات العضوية الثابتة
تظهر الأغشية عمومًا انتقائية أقل مقارنةً بالأغشية المستمدة من MOF، التي يمكنها ضبط أحجام مسامها بدقة وفقًا للقطر الحركي لجزيئات الهيدروجين. تتجلى هذه الفجوة من خلال دراسة رائدة أجراها لو وآخرون. حيث أنشأوا COF/ غشاء مركب. أظهر غشاء COF-320 ثلاثي الأبعاد عوامل فصل متواضعة نسبيًا، بقيم تبلغ 3.7 لـ و 2.8 لـ . بعد ذلك، تم إجراء تحقيق حسابي شامل لتقييم إمكانيات الأغشية المشتقة من COF لفصل الغازات من خلال النظر في تداخل كثافة الإلكترون. بينما أظهرت الأغشية المستندة إلى CTF-0 أحادية الطبقة انتقائية عالية بشكل استثنائي في السماح بـ لتمرير عبر خليط غازات مختلف، أشارت النتائج التجريبية إلى عوامل فصل أقل مقارنة بالقيم النظرية. يمكن أن يُعزى هذا الاختلاف إلى زيادة سمك الأغشية القائمة على COF التجريبية مقارنة بأغشية COF أحادية الطبقة. تعتبر هذه التطورات في تكنولوجيا الأغشية ضرورية لتعزيز كفاءة تنقية الهيدروجين ودوره في تطبيقات الطاقة النظيفة، مما يساهم في توفير الطاقة والحفاظ على البيئة.

فو وآخرون شرع في مشروع مبتكر لتخليق غشاء مركب من COF/MOF مصمم لفصل الغازات، مع التركيز الأساسي على تعزيز الانتقائية. خلائط الغاز. كانت العملية تتضمن استخدام مادة مغطاة بالبولي أنيلين قرص كدعم للتصنيع الأولي لغشاء COF-300 من خلال طريقة الحل الحراري. بعد ذلك، يتم معالجة جانب واحد من تمت معالجة COF-300 المزروع في قرص في محلول ديميثيل فورماميد يحتوي على نترات الزنك سداسي الماء، وحمض التيرفثاليك، و1,4-ديازابيسكلو[2.2.2] أوكتان تحت التسخين لتسهيل نمو طبقة MOF فوق طبقة COF المسبقة التركيب. أظهرت هذه الغشاء المركب انتقائية متفوقة لـ خليط الغاز بدلاً من أغشية COF وMOF المتميزة، محققين عامل فصل متفوق قدره 12.6. في تطوير لاحق، قاموا بإنشاء طبقة COF ثنائية الأبعاد على طبقة MOF التي تم تصنيعها سابقًا لإنشاء غشاء مركب من COF وMOF. باستخدام نهج اصطناعي مشابه مع تعديلات طفيفة، تم تخليق UiO-66 في البداية على سطح مغطى بـ PANI قرص. بعد ذلك، تم الحصول على H2P-DHPh COF من خلال البلمرة التكثيفية لـ 5،10،15،20-تتراكس(4-أمينوفينيل)بورفيرين و 2،5-ديهيدروكسي تيريفثالديهايد، وتم تنميته فوق طبقة MOF. تفوقت هذه الغشاء المركب من COF/MOF على عملهم السابق، محققة عامل فصل مثير للإعجاب يصل إلى 32.9 لـ خليط الغاز، متجاوزًا حد روبسون الأعلى.

تم تطوير غشاء مركب مبتكر آخر بواسطة فان وآخرون. الاستفادة من كل من COFs و MOFs لفصل الهيدروجين الاستثنائي مع انتقائية عالية. قاموا بإدماج هياكل ZIF-67 في غشاء TpPa-1 الذي قاموا بتخليقه من خلال تسهيل نموها داخل المسام المحصورة لـ COF. الغشاء المركب الناتج، المعروف باسم ZIF-67-in-TpPa-1 والمدعوم بـ ، عرضت سطحًا متسقًا وكثيفًا وخاليًا من العيوب. كانت هذه الغشاء متفوقة في فصل من خليط الغازات المتساوية المولية، مع عرض انتقائية فصل أعلى من الفردي غشاء. حقق عوامل فصل ملحوظة من ، و 110.5 لـ ، و , على التوالي. فان وآخرون. كما قدموا نهجًا جديدًا يتضمن النمو طبقة تلو الأخرى لأفلام COF، مع دمج نوعين من COFs مع
أحجام مسام مختلفة لإنشاء شبكات مسام متداخلة، مما يعزز انتقائية الفصل. بدأت العملية بتصنيع COF-LZU-1 على -معدل الركيزة، تلتها ترسيب ACOF-1 بحجم مسام أصغر على سطح COF-LZU-1. أكدت المجهر الإلكتروني الماسح على إنشاء طبقات ACOF-1 و COFLZU1 لاحقًا. أظهرت اختبارات فصل الغاز التي أجريت على , و خلطات الغاز عوامل فصل مثيرة للإعجاب للغشاء ثنائي الطبقة، حيث وصلت إلى 83.9 و 24.2 و 100.2، على التوالي. هذه التقدمات في تكنولوجيا الأغشية المركبة تحمل وعدًا بتحسين عمليات فصل الغاز، مما يساهم في كفاءة الطاقة والفوائد البيئية.

فصل الهيدروكربونات المختلفة في العمليات الصناعية يمثل تحديًا خاصًا لأن الهيدروكربونات غير المشبعة والمشبعة غالبًا ما تشترك في خصائص فيزيائية كيميائية متشابهة جدًا وأقطار حركية متطابقة عن كثب. قام بعض المؤلفين بدمج TpPa-1 بذكاء مع مطاط ستيرين-بوتادين (SBR) لإنشاء COF-MMMs بنسب مختلفة من SBR و TpPa-1 باستخدام طريقة الطلاء الغاطس. من الجدير بالذكر أن MMM الناتج، الذي يحتوي على ، أظهر انتقائية عكسية ملحوظة لـ و ، بقيم 20 و 15، على التوالي. في تطور حديث، تم إدخال السوائل الأيونية التي تحتوي على في أغشية COF لتحسين القدرة على فصل الإيثان/الإيثيلين. في هذه الطريقة الجديدة، تم تطبيق مزيج يتكون من محلول سائل أيوني ومحلول نترات الفضة المائي على الغشاء الذي تم تصنيعه. ثم تم تعريض الغشاء للتجفيف تحت الفراغ استعدادًا للاختبارات اللاحقة. تم إجراء تجارب نفاذ الغاز باستخدام خلطات غاز تحتوي على بروبيلين/بروبان ( ) وإيثيلين/إيثان ( ). أدى دمج سائل أيوني يحتوي على أيونات الفضة إلى إنشاء طبقة احتجاز، مما يقلل بشكل فعال من حجم القنوات النانوية داخل الغشاء. كان هذا التخفيض مفتاحًا لتعزيز نفاذ الإيثيلين من خلال تأثيرات الاحتجاز الأولية. من خلال ضبط حجم القناة بعناية إلى 0.87 نانومتر من خلال تعديل -IL، أظهر الغشاء أداء فصل ممتاز. على وجه التحديد، حقق
انتقائية مثيرة للإعجاب للإيثيلين/الإيثان تبلغ 120، مع نفاذية إيثيلين تبلغ 135 وحدة نفاذ غاز. هذه التقدمات تحمل وعدًا بتحسين عمليات فصل الهيدروكربونات، مما يساهم في زيادة الكفاءة في التطبيقات الصناعية.

يمكن تصنيف كيمياء السطح، والشكل، والبنية الكلية، وطرق الإنتاج للأغشية. ومع ذلك، فإن الأغشية الأكثر استخدامًا في صناعات الفصل هي تلك التي تظهر عدم تماثل أو كثافة أو مسامية. في معالجة المياه، تتضمن تكنولوجيا الأغشية مرور مكونات محددة بشكل انتقائي من خلال غشاء مع منع الآخرين من الدخول. تهدف هذه العملية إلى إزالة الشوائب والملوثات من الماء، تمامًا كما تمنع جدران خلايا أجسامنا إطلاق المواد الكيميائية غير المرغوب فيها إلى الخلية. في جوهرها، تلعب عملية فصل الأغشية دورًا حيويًا في تنقية المياه.

يمكن أن تختلف العوامل الدافعة لفصل الأغشية اعتمادًا على نوع الغشاء المستخدم وتركيبة المزيج. بشكل عام، هناك حاجة إلى قوة خارجية لتسهيل هذه العملية. لتسهيل الفهم، يمكن تصنيف عملية الغشاء وفقًا لنوع القوة المستخدمة لفصل العناصر في مياه الصرف. يشمل ذلك فرق الضغط (مثل، الميكرو أو الفائق، NF، RO)، وفرق التركيز عبر الغشاء، بالإضافة إلى تطبيق محتمل في أغشية تبادل الأيونات التي تمكن حركة الأيونات عبر الغشاء (مثل التحليل الكهربائي). تعتمد الكفاءة على الطاقة المستخدمة، والحركة، وتركيز الأنواع في المحلول أو التدفق، إلخ.

يمكن تصنيف الغشاء وفقًا لنوعه، هيكله، مادة الغشاء، وشحنته السطحية، كما هو موضح في الشكل 1. في الأساس، يمكن أن تكون الأغشية إما صناعية أو طبيعية. بالإضافة إلى تقنيات الأغشية المختلفة، تم تطوير نهج جديدة،

مثل الأغشية المتكاملة والهجينة، في السنوات الأخيرة. يتم إعداد أغشية معالجة المياه البلدية، سواء كانت سليلوزية أو غير سليلوزية، من مواد عضوية مصممة هندسيًا بشكل صناعي. تشمل أغشية الترشيح الدقيق والترشيح الفائق مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك مواد PV، والبولي بروبيلين، والبولي سلفونات، وبولي إيثير سلفونات، والسليلوز، من بين أمور أخرى. يتم تصميم تركيبة الغشاء بناءً على الخصائص المحددة لهذه المواد، مثل حساسية الرقم الهيدروجيني، والخصائص الكارهة للماء، والشحنة السطحية.

تعتمد كفاءة الغشاء بشكل أساسي على خصائص المادة التي تم بناءه منها. لتحقيق الفصل المطلوب في عملية فصل تعتمد على الغشاء، من الضروري اختيار طريقة ذات قوى دافعة مناسبة، وأبعاد الغشاء، وسمكه. تعتمد المبادئ التي تحكم فصل الأغشية على مجموعة من المعلمات الفيزيائية الكيميائية، بما في ذلك تأثير دونان، والشحنات الجزيئية، والشحنات السطحية، والضغط عبر الغشاء، وسرعات التدفق المتقاطع. غالبًا ما يتم دمج فصل الأغشية مع المعالجات المسبقة التي تشمل الحموضة، والتخثر، والامتصاص الفيزيائي. هذه المعالجات المسبقة تمدد بشكل كبير من عمر التشغيل وطول عمر الغشاء. يمكن تصنيف عملية فصل الأغشية إلى أربع مجموعات رئيسية: تلك التي تعتمد على فرق الضغط والتركيز، وتلك التي تستخدم الموصلية الكهربائية، وتلك التي تستفيد من الموصلية الحرارية.

لقد حظيت أغشية النانو سليلوز باهتمام متزايد بين الباحثين لعدة أسباب مقنعة، بما في ذلك سهولة الوصول إليها، وفعاليتها من حيث التكلفة، وقابليتها للتحلل البيولوجي، وكفاءتها، وإنتاجيتها. علاوة على ذلك، تتمتع هذه الأغشية بسطح واسع، وقابلة لإعادة التدوير، وتظهر استقرارًا في الرقم الهيدروجيني، وتقدم مرونة، ونفاذية، ومحبة للماء، وخصائص ميكانيكية قوية محتملة. علاوة على ذلك، أسفرت تقنية استبعاد الحجم عن نتائج واعدة في احتجاز الفيروسات داخل الأغشية المشتقة من السليلوز المعاد تجديده، وسليلوز الميليفيل، وسليلوز الكلاودوفورا. يمكن أن تستفيد الأغشية القائمة على السليلوز أيضًا من آليات الطرد والتفاعلات الكهروستاتيكية. منذ بداية جائحة COVID-19، عمل العلماء بجد لتطوير أغشية فعالة قادرة على مقاومة الفيروس. إن استخدام عمليات الأغشية القائمة على السليلوز يحمل القدرة على منع أو حتى التخفيف من انتشار متلازمة التنفس الحادة الوخيمة والجراثيم المماثلة. تكتسب الكائنات الدقيقة المستمرة تصنيفها بسبب وجودها الدائم، وسميتها، وتوزيعها الواسع، وميولها للتراكم البيولوجي في النظم البيئية. وقد ارتبطت هذه المركبات أيضًا بمخاوف صحية متنوعة، بما في ذلك سرطان الخصية، وسرطان الكلى، والتهاب القولون التقرحي، وسرطان الغدة الدرقية، وأمراض الغدة الدرقية، وارتفاع مستويات الكوليسترول، وتأثيرات مسرطنة متنوعة على وظيفة المناعة البشرية وخلايا السرطان.

في فصل الأغشية، يتم توزيع الأنواع الكيميائية عبر واجهة الغشاء بناءً على معدل النقل التفاضلي. يعتمد هذا المعدل على الطاقة الحركية للمكون، وحركته، وتركيزه في الواجهة. يعتمد الفصل الناجح للمكونات الكيميائية
على عدة عناصر رئيسية، بما في ذلك الحجم الجزيئي الكلي للغشاء، وهيكله الشكلي، وملاءمته الكيميائية. تعتمد فعالية عمليات الفصل المعتمدة على الأغشية بشكل كبير على الأنواع المحددة من الأغشية ووحداتها النمطية. عادةً ما يقيس مصنعو الأغشية حجم مسام الغشاء بشكل غير مباشر من خلال حد الوزن الجزيئي، والذي يُعبر عنه عادةً كأصغر مكون وزني جزيئي سيتم الاحتفاظ به بحد أدنى من الكفاءة وعادةً ما يُعبر عنه بوحدات دالتون.

يمكن تصنيف عملية فصل الغشاء وتعريفها باستخدام معايير مختلفة. في هذه العملية، يعمل الغشاء كحاجز انتقائي بين مرحلتين أثناء الترشيح، كما هو موضح في الشكل 2أ. يتم تسهيل نقل الكتلة عبر الغشاء بواسطة قوة دافعة، تدفع الجسيمات نحو سطح الغشاء. بعض الجسيمات تمر عبر الغشاء، بينما يتم الاحتفاظ بأخرى على سطحه. تجد تقنيات فصل الأغشية هذه تطبيقات في مجالات متنوعة ويمكن تصنيفها بناءً على كل من القوة الدافعة المعنية وآلية الفصل الأساسية. تسرد الجدول 1 طرق فصل الأغشية المختلفة وتطبيقاتها.

يعتمد نقل جزيئات المذاب عبر الغشاء بشكل أساسي على عاملين رئيسيين: ذوبانها في الغشاء وقدرتها على الانتشار من خلاله، كما توضح نظرية انتشار المحلول. تلعب التفاعلات بين المذاب والغشاء، بما في ذلك ظواهر مثل استبعاد الحجم والنبذ الكهروستاتيكي (كما هو موضح في الشكل 2ب)، دورًا محوريًا في تنظيم عملية انتشار المحلول. موضوع رفض المركبات المحدد بواسطة الغشاء أمر حاسم، حيث يعتمد على متغيرات فيزيائية وكيميائية مختلفة. من الضروري رسم وتقرير كفاءات عدة أغشية وأنظمة أغشية. يسمح ذلك بدمج نوعين أو أكثر من الأغشية أو الاستراتيجيات التي ستكون غير فعالة في معالجة مياه الصرف الصحي الحضرية، مما يعزز بشكل كبير تآزرها. بالإضافة إلى ذلك، سيمكن ذلك من تطوير أطر عالية الكفاءة لمعالجة مياه الصرف الصحي مباشرة في الموقع في مجالات حديثة وزراعية متنوعة، أو، على سبيل المثال، مياه الصرف الصحي من الأدوية، سواء على نطاق واسع أو محدود. يجب أن يُنظر إلى منع تدفقات مياه الصرف الصحي المركزة نسبيًا من التخفيف مع مياه الصرف الأخرى إلى محطة معالجة المياه ومياه الصرف الصحي على أنه تحدٍ كبير.

لم يتم مناقشة المعايير المؤثرة على أداء الغشاء وجودته خلال تطبيقات الأغشية المدفوعة بالضغط لمياه الصرف الصحي بشكل موسع في معظم المنشورات العلمية. يمكن أن تؤثر عوامل مثل نوع الغشاء ومواده، وعدد المسام، ونوع معالجة مياه التغذية، وطريقة المعالجة المسبقة، وتقنيات التحكم في التلوث بشكل كبير على جودة وفعالية نفاذية الغشاء بالإضافة إلى الأداء العام للأغشية. يمكن أن تؤثر المتغيرات التشغيلية مثل معدل التغذية ودرجة الحرارة، وخصائص الغشاء، وخصائص مياه التغذية (درجة الحموضة وتركيب المكونات) بشكل كبير على كفاءة تقطير الغشاء. تعتبر درجة حرارة التشغيل لمياه التغذية ودرجة حرارة النفاذية ذات أهمية قصوى في

عملية تقطير الغشاء، حيث أن التغيرات في ضغط البخار بسبب تغيرات درجة الحرارة هي السبب الرئيسي لعملية تقطير الغشاء. ومع ذلك، فإن التلوث لا مفر منه عند وجود فرق درجة حرارة أكبر.

بعيدًا عن انسداد مسام الفيلم، لديه القدرة على تقليل الكارهية للماء للطبقة، مما يؤدي إلى سلوكيات رطبة غير مرغوب فيها. بينما من الممكن تعزيز القوة الدافعة لتحقيق تدفق نفاذية أعلى للأسموزية الأمامية، فإن هذه الزيادة مصحوبة بزيادة كبيرة في التلوث. في وجود قوى دافعة أعلى، تزداد الاستقطاب التركيز، مما يؤدي إلى تكوين طبقة تلوث سميكة على
غشاء الأسموزية الأمامية. ويرجع ذلك إلى زيادة عدم الاستقرار الذي يتم مواجهته على طول الغشاء. تزيد القوة الأسموزية من ظاهرة الاستقطاب التركيز، مما يتسبب في تكوين طبقة تلوث سميكة. يمكن أن يتأثر أداء العمليات المدفوعة بالكهرباء بخصائص غشاء معينة، بما في ذلك التركيب وترتيب الوحدات وظروف التشغيل، مثل معدل التدفق، والتيار الكهربائي، ودرجة الحرارة. مع زيادة كثافة التيار، يحدث ارتفاع متناسب في الجهد الكهربائي، مما يؤدي إلى تسريع معدل حركة الأيونات وبالتالي تحسين كفاءة المياه. في مثل هذه

في هذه الحالة، قد يكون من الضروري تقليل مساحة سطح الغشاء لحجم تركيب معين، مما يقلل من النفقات الرأسمالية. في المقابل، ستنخفض عمر الغشاء بسبب زيادة المقاومة الكهربائية. يبرز الشكل 3 العوامل المختلفة التي تؤثر على أداء الغشاء أثناء المعالجة.

يسهل استخدام أنظمة الفصل القائمة على الغشاء النقل الانتقائي لمواد معينة عبر طبقة الغشاء، مما يعمل كحاجز يعتمد على التدرج بين مرحلتين. تتميز هذه التقنية بمتطلبات طاقة منخفضة ومعدل فصل أعلى. في محطات معالجة مياه الصرف الصحي الحضرية، أدى اعتمادها إلى تقليل استهلاك الطاقة بمقدار حوالي 18 مرة مقارنة بالطرق التقليدية. علاوة على ذلك، تُستخدم العمليات القائمة على الغشاء، التي تُستخدم على نطاق واسع لاسترداد المغذيات من مياه الصرف الصحي البلدية
تُعرف بمتطلبات حجمها المنخفض، واستقرارها العالي، وسهولة التحكم في العملية، وتدفق النفاذية الكافي، واستهلاك المواد الكيميائية الاقتصادي، والاحتفاظ الممتاز بالملوثات، والجدوى الاقتصادية، والموثوقية التشغيلية. لقد اكتسبت هذه التقنية الخضراء شعبية بسبب إنتاجها النظيف، وكفاءتها في استخدام الطاقة، وانخفاض تكاليفها الرأسمالية، وتأثيرها البيئي المنخفض.

تمتد فوائد تقنية فصل الأغشية إلى ما هو أبعد من معالجة مياه الصرف الصحي. تقنيات فصل الأغشية الجزيئية والمقياسية متعددة الاستخدامات، ولا تتطلب تعديل الطور للتعرف. تظل متطلبات الطاقة منخفضة ما لم يتم زيادة ضغط تدفق التغذية. تُستخدم هذه العملية الاقتصادية والصديقة للبيئة في تليين المياه، محققة مستويات فصل جزيئي لا تضاهى بأساليب أخرى مثل الطرد المركزي. تكمن ميزة التكنولوجيا في معالجة كميات كبيرة وتوليد تدفقات منتجات مستمرة.

تقدم تقنيات الأغشية خدمة مباشرة وسهلة التكلفة لفصل المكونات غير المرغوب فيها من مياه الصرف الصحي، مما يلغي الحاجة إلى أنظمة تحكم معقدة. تتجاوز الانتقائية العالية لإنتاج الأغشية متوسط تقلب عمليات التقطير. تقلل البساطة والأتمتة من تدخل المشغل، مما يجعلها مثالية على نطاق صغير.

التطبيقات. تزيل التقنية البكتيريا والمواد الجسيمية تقريبًا جميع أيونات الملوثات. مع وجود البوليمرات والمركبات غير العضوية في إنتاج الأغشية، هناك تحكم في الانتقائية، ولا تزيد استعادة المكونات الثانوية من تدفق المصدر من تكاليف الطاقة.

في سياق فوائد الاقتصاد الدائري، تعزز تقنيات معالجة المياه ومياه الصرف الصحي المعتمدة على الأغشية كفاءة الموارد من خلال استعادة المياه النظيفة والطاقة والمواد الكيميائية من مياه الصرف، كما هو موضح في الشكل 4. تساهم في تقليل النفايات من خلال إزالة الملوثات بفعالية وتقليل

توليد النفايات الخطرة. مع انخفاض متطلبات الطاقة، تتماشى عمليات الأغشية مع مبادئ الاقتصاد الدائري، مما يؤدي إلى توفير الطاقة وتقليل تكاليف التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، تسهل بعض عمليات الأغشية استعادة المواد القيمة مثل الفوسفور والمعادن من مياه الصرف، مما يقلل من الحاجة إلى المواد الخام الأولية. من خلال تمكين أنظمة المياه المغلقة وتمديد عمر الأغشية من خلال الصيانة المناسبة، تعزز هذه التقنيات الحفاظ على الموارد وحماية البيئة، مما يوفر مزايا اقتصادية وبيئية للصناعات والبلديات.

تقدم تقنيات الأغشية المختلفة تطبيقات قيمة في معالجة المياه؛ ومع ذلك، لديها بعض القيود والتحديات. تشمل هذه التحديات قضايا تتعلق بوحدات الأغشية، مثل التلوث، بالإضافة إلى عوامل أخرى يمكن أن تؤثر على الأداء والكفاءة العامة في عملية المعالجة.

تستخدم محطات معالجة الأغشية التقليدية تقنيات معالجة مسبقة صارمة مثل الطفو والتخثر والترشيح بالرمل لتقليل المواد العضوية في المدخل، مما يضمن حماية الوحدات المعتمدة على الأغشية اللاحقة. عند استخدام غشاء فصل انتقائي لنقل مكونات متنوعة، تكون التفاعلات مع مستويات مرتفعة من المركبات العضوية شائعة، مما يتطلب اعتبارًا دقيقًا لتلوث الأغشية، وخاصة التلوث العضوي. يتميز التلوث بتراكم الشوائب مثل الجسيمات أو المذيبات أو المستحلبات على حواف الغشاء أو داخل مساماته، مما يؤدي إلى انخفاض في خصائص الغشاء وأدائه العام. نتيجة لذلك، تغلق مسام الغشاء، مما يؤدي إلى فقدان تدفق المياه والجودة. على سبيل المثال، قد تتجمع الأصباغ أو الألوان في مياه الصرف الصحي النسيجية لتشكل طبقة كعكة تلوث على أغشية NF أو الترشيح الفائق. قد تتشكل روابط كيميائية أيونية وتساهمية، تربط الملوثات بقوة بسطح الغشاء، مما يتسبب في انخفاض غير مرغوب فيه في التدفق أثناء تشغيل الغشاء وزيادة مدى التلوث. هذا يتطلب في النهاية استبدال الغشاء بسبب فقدان النفاذية بشكل لا يمكن عكسه. يتطلب التلوث الشديد عمليات تنظيف كيميائية واستبدال الأغشية. يمكن أن يكون التلوث قابلاً للعكس أو غير قابل للعكس بناءً على مدى التصاق الجسيمات السطحية. يمكن معالجة التلوث العكسي من خلال الغسيل العكسي أو قوة فصل عالية، بينما يحدث التلوث غير القابل للعكس عندما تشكل محلول طبقة غير قابلة للعكس أثناء الترشيح. تشير عبارة “التلوث غير القابل للعكس” إلى استمرار وجود المواد الجسيمية التي لا يمكن إزالتها بالتنظيف الفيزيائي.

أسباب التحكم في تلوث الأغشية: يتأثر حدوث تلوث الأغشية بعدة معايير إعداد، بما في ذلك خصائص التغذية (مثل الرقم الهيدروجيني وقوة الأيونات)، وخصائص الأغشية (مثل الخشونة والخصائص الكارهة للماء)، وظروف المعالجة (معدلات التدفق المتقاطع، وضغوط عبر الغشاء، ودرجات الحرارة). تساهم عوامل متعددة في تلوث الأغشية، مع العوامل الرئيسية التالية: 1) مادة الغشاء: تظهر الأغشية الخزفية قابلية أقل للتلوث مقارنة بالأغشية المحبة للماء، بينما
تكون الأغشية البوليمرية، بسبب طبيعتها الكارهة للماء، أكثر عرضة للتلوث؛ 2) خشونة السطح: تزيد السطح الخشن للغشاء من احتمال توجيه الجسيمات المستحلبة داخل الغشاء، مما يزيد من خطر التلوث؛ 3) حجم المسام: تزيد المسام الأكبر داخل الغشاء من فرصة انسداد التلوث، مما يزيد من احتمال التلوث؛[101] 4) المحبة للماء/الكارهة للماء: تكون الأغشية الأكثر محبة للماء أقل عرضة للتلوث، بينما تكون الأغشية الأكثر كراهية للماء أكثر عرضة؛ 5) تفاعل الجسيمات المستحلبة: يمكن أن تجعل الجسيمات المستحلبة الغشاء مشحونًا سلبًا، مما يجذب الأيونات المشحونة إيجابيًا مثل و من المواد الصلبة المعلقة في السائل المختلط (MLSS)، مما قد يؤدي إلى تلوث الغشاء غير العضوي؛ 6) وضع التشغيل: يقلل الترشيح في وضع التدفق المتقاطع من تكوين طبقة الكعكة، مما يقلل من خطر تلوث الغشاء. تساهم معدلات التهوية الأعلى ودرجات الحرارة المنخفضة في تقليل وزيادة معدلات تآكل الغشاء، على التوالي؛ 7) نسبة الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD)/N: تؤدي نسبة COD/N الأعلى في التغذية إلى انخفاض معدلات تآكل الغشاء، وتحسين الأداء، وزيادة العمر التشغيلي. تشير التقارير إلى أن نسبة COD/N المنخفضة تشير إلى تقليل التلوث، ولكن تزداد وتيرة التلوث مع انخفاض نسبة التحلل؛ 8) معدل التحميل العضوي: تؤدي زيادة معدلات التحميل العضوي إلى زيادة إنتاج البوليمر خارج الخلية، مما يؤثر على تلوث الغشاء. تساهم حجم الكتل الصغيرة، والبوليمر الخارجي المفرج عنه مع زيادة الملوحة، ووقت الاحتفاظ العالي للمواد الصلبة في زيادة التلوث؛ 9) مستويات الرقم الهيدروجيني: يؤدي انخفاض الرقم الهيدروجيني إلى زيادة معدل تلوث الغشاء؛ 10) مستويات MLSS: يرتبط MLSS الأعلى بزيادة تلوث الغشاء، وتركيز البوليمر الخارجي العالي يزيد من احتمال التلوث؛ و11) اللزوجة: تزيد اللزوجة المتزايدة من احتمال تلوث الغشاء.

تحتاج مصانع الأغشية الصناعية إلى مساحة كبيرة من الأغشية لتحقيق الفصل المطلوب. هناك مجموعة متنوعة من حزم الأغشية الاقتصادية التي يمكن استخدامها لتوفير مساحة واسعة من الأغشية لفصل فعال وفعال. تلعب تصميمات وحدات الأغشية المختلفة دورًا حاسمًا في منع تآكل الأغشية، خاصة في عمليات معالجة المياه ومياه الصرف. تشمل هذه التصميمات وحدات اللوحة والإطار، وحدات الملف الحلزوني، وحدات الأنبوب، ووحدات الألياف المجوفة. على الرغم من أن وحدة اللوحة والإطار التقليدية هي واحدة من أقدم أنظمة الأغشية، إلا أنها تُستبدل تدريجياً بوحدات الملف الحلزوني والألياف المجوفة الأكثر اقتصادية. تجد وحدات اللوحة والإطار الآن تطبيقات رئيسية في العمليات ذات التلوث المنخفض مثل RO والترشيح الفائق. في المقابل، تثبت وحدات الأنبوب قيمتها بشكل خاص في السيناريوهات التي تتطلب حماية عالية ضد تلوث الأغشية، وعادة ما تكون مخصصة لتطبيقات الترشيح الفائق. يعتمد اختيار وحدة الغشاء على المتطلبات المحددة والتحديات التي تطرحها عملية المعالجة.

تتكون أنظمة الأغشية الأنبوبية من أنبوب واحد كبير يحتوي على عدة أنابيب أصغر بقطر يتراوح من 0.5 إلى 1 سم. هذه الأنابيب متصلة على التوالي، مما يخلق عددًا كبيرًا من مسارات التدفق المتوازية. على النطاق التجاري، يتم عادةً بناء هذه الأنظمة مع عدد قليل من الأغطية الغشائية، كل منها يغطي مساحة من قدم مربع
ويحيط بأنبوب جمع محوري. الوحدات الحلزونية التجارية بعرض حوالي 0.66 قدم وطول 3.33 قدم، مع تصاميم تحتوي على عدة أغطية تسمح بمرور السائل المنفذ عبر أنبوب مركزي، مما يقلل من فقدان الضغط. في المقابل، تحتوي وحدات الألياف المجوفة على أقطار تتراوح من 10 إلى 20 سم وارتفاعات من قدم. يتم تزويدها عادةً بتدفق تغذية خارجي، ويتغلغل الماء في اللمبة الألياف داخل الغشاء. يتم تجميع العديد من الألياف معًا وإغلاقها من كلا الطرفين باستخدام راتنج الإيبوكسي لتشكيل القشرة الخارجية. تتناسب هذه الاختلافات في تصميم وحدات الغشاء مع تطبيقات واحتياجات معالجة مختلفة في معالجة المياه ومياه الصرف الصحي.

تميل تكاليف رأس المال والتشغيل المرتبطة بأنظمة معالجة المياه المعتمدة على الأغشية على نطاق واسع إلى أن تكون أكثر تكلفة من تلك المرتبطة بأنظمة المياه العذبة. هذه عيب رئيسي، خاصة في حالة الدول النامية، حيث يكون الدخل الفردي أقل بكثير من المتوسط الدولي. بالإضافة إلى التكلفة الإضافية، التحدي الأكثر وضوحًا المرتبط بأنظمة الأغشية هو التلوث. تم الإبلاغ عن حدوث تلوث الغشاء في محطات معالجة المياه الصناعية المعتمدة على الأغشية بشكل موسع. يمكن أن ترتفع تكلفة التشغيل أيضًا بسبب الزيادة في الضغط الجزيئي المطلوب للحفاظ على الترشيح. غالبًا ما تكون التنظيف الكيميائي والمراقبة ضرورية لمنع تلوث الغشاء. على وجه الخصوص، تتطلب أنظمة الترشيح الفائق والميكروترشيح تلقائيًا تسلسلات غسيل عكسي تصل إلى مرتين إلى أربع مرات في الساعة، وهو ما يعتمد على جودة مياه التغذية وتدفق سائل الترشيح. هذا ضروري لتقليل كمية التلوث قبل تسلسل الترشيح التالي.

تكون غالبية مرافق معالجة المياه المعتمدة على الأغشية على نطاق واسع مزودة بأجهزة وبرامج التحكم في العمليات المدعومة بالكمبيوتر، مما يضمن عمليات مستمرة مع الحد الأدنى من المشاركة البشرية. ومع ذلك، فإن الصيانة المنتظمة ضرورية، مما يتسبب في نفقات إضافية لمشغلي النظام. بينما خفضت اقتصادات الحجم تكاليف إنتاج الأغشية، زادت النفقات المرتبطة مثل العمالة والكهرباء وقطع الغيار، مما يشكل عقبة كبيرة أمام التبني الواسع، خاصة في الدول النامية. يكشف تحليل مقارن أن أنظمة الأغشية، على الرغم من تقديمها ميزة تقليل المساحة، تتطلب تكاليف رأس المال والتشغيل أعلى بكثير من الأنظمة التقليدية. يصبح هذا ذا صلة خاصة في المناطق الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية، حيث أن الحصول على الأراضي لمحطات معالجة المياه التقليدية مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً. بينما تعالج أنظمة الأغشية المدمجة هذه المشكلة، قد لا تكون مساحتها الأصغر هي العامل الوحيد لتوفير التكاليف، حيث أن تكاليف رأس المال والتشغيل للأنظمة التقليدية الأكبر أقل نسبيًا، مما يجعلها أكثر جدوى في الدول النامية.

تكلفة الكهرباء هي واحدة من التكاليف التشغيلية الرئيسية لنظام معالجة المياه المعتمد على الأغشية الكبير. يُقدّر أن استهلاك الكهرباء لنظام معالجة المياه الصناعي بتقنية الأغشية فوق الصوتية قد يتجاوز عشرين مرة استهلاك نظام تقليدي يستخدم نفس مصدر المياه الخام كغذاء. في السنوات الأخيرة، انخفضت تكاليف إنتاج الأغشية البوليمرية بشكل كبير بسبب تطوير تقنيات إنتاج أكثر كفاءة واقتصادات الحجم ومن المتوقع

أن تظل منخفضة نسبيًا في المستقبل المنظور بسبب ظهور الإنتاج الضخم وظهور مصنعي الأغشية التنافسية. في بعض الدول النامية، تتوفر الأنظمة المعتمدة على الأغشية فقط في المصانع المملوكة للقطاع الخاص لتلبية احتياجات الإنتاج، حيث يوجد نقص في إمدادات المياه النظيفة في المرافق المملوكة للحكومة. من المتوقع أن تكلف محطة ترشيح الأفلام الحديثة فقط مثل هيكل تقليدي قابل للمقارنة، وفقًا للبحث. ومع ذلك، يُقدّر أن نظام معالجة الترشيح الفائق لديه استهلاك طاقة أعلى عدة مرات.

تشمل التكاليف الخفية لنظام الغشاء الصيانة المنتظمة بسبب العمليات الآلية المعقدة، مما يتطلب فنيين ومهندسين مؤهلين تأهيلاً عالياً، مما يؤدي إلى نفقات كبيرة. الحاجة إلى الغسيل العكسي المتكرر أو التنظيف في أنظمة الأغشية، مقارنة بالأنظمة التقليدية، تضيف إلى التكاليف التشغيلية. تسلط مقارنة قائمة على التكلفة في الجدول 2 الضوء على التبادلات بين الأغشية التقليدية والأغشية فوق الصوتية، كاشفة عن الفرص لأنظمة الأتمتة الفعالة من حيث التكلفة. ومع ذلك، تشير التقييمات الشاملة إلى أنه، على الرغم من المزايا المحتملة، فإن أنظمة الترشيح الفائق أكثر تكلفة بشكل ملحوظ بشكل عام عند معالجة المياه السطحية الخام. بشكل عام، يسرد الجدول 3 مزايا وعيوب وحدات الغشاء المختلفة.

تُستخدم تقنيات متنوعة لمعالجة القضايا المتعلقة بالتلوث. تشمل هذه الطرق التنظيف الميكانيكي، الذي يتضمن تطبيق ضغط مباشر على سطح الغشاء لتخفيف الاستقطاب التركيز ومنع التلوث. بالإضافة إلى ذلك، يساهم تطبيق إجهاد القص على سطح الغشاء في تقليل الاضطراب، مما يساعد في منع التلوث. يمكن أن تختلف آثار نفخ الهواء على التلوث، اعتمادًا على الظروف المحددة ومعدلات التهوية. علاوة على ذلك، يتضمن التخفيف فوق الصوتي استخدام وسائط مائية مدعومة فوق صوتية لتقليل الاستقطاب التركيز وإزالة كل من الجسيمات غير القابلة للذوبان والذائبة من سطح الغشاء. قد تختلف فعالية هذه التقنيات بناءً على الظروف المحددة والتطبيقات التي يتم تنفيذها فيها. يتضمن التنظيف الكيميائي الأحماض، القواعد، المؤكسدات، المواد السطحية، والمعقدات، بالإضافة إلى الإدراج الأخير لأحماض رامنوليبيد النيتريت. تلعب هذه الأحماض دورًا حاسمًا في إزالة الملوثات عن طريق إذابة وتحيد القواعد المسؤولة عن التحلل المائي وإذابة الملوث، مما يؤدي في النهاية إلى تصبنها.
www.advancedsciencenews.com

يمكن استخدام الأغشية المضادة للميكروبات ذات الخصائص الفيزيائية والكيميائية المحددة للتحكم في انسداد الغشاء. تعتبر أسطح الأغشية الهيدروليكية فعالة للغاية في التحكم في أنواع مختلفة من الملوثات بسبب تثبيط التفاعلات غير المحددة. كما أن الأغشية بعد المعالجة مع بولي أكريلاميد أو مواد نانوية غير عضوية معروفة أيضًا بتقليل مستويات الملوثات. تثبيت الخلايا هو عملية تحد من حركة الخلايا إما عن طريق حبسها داخل مصفوفة بوليمرية أو تثبيتها على دعم صلب. هذه التقنية ليست مضمونة في إزالة مسببات الأمراض أو الجزيئات الكبيرة؛ ومع ذلك، فهي بديل قابل للتطبيق لأنظمة المعالجة البيولوجية التقليدية. التخفيف البيولوجي هو تقنية ناشئة تتمتع بمستوى عالٍ من الفعالية في التحكم في التلوث البيولوجي. تعمل عن طريق حجب تخليق الأدينوزين ثلاثي الفوسفات، وهو المسار الرئيسي الذي تتكون من خلاله التفاعلات الميكروبية والأغشية الحيوية. يمكن استخدام إنزيمات مثل بروتيناز K وتريبسين، بالإضافة إلى سوبتيليسين، التي تستهدف المواد البوليمرية خارج الخلوية، لتثبيط تكوين التفاعل الميكروبي الأولي، بدلاً من تعطيل تكوين الأغشية الحيوية. على الرغم من عيوبها
(مثل عدم الاستقرار، ودرجة الحرارة، ودرجة الحموضة)، فإن بروتيناز أكثر فعالية بشكل ملحوظ من المواد الكيميائية التقليدية في التحكم في الغشاء غير القابل للعكس.

تخفيف التحليل الكهربائي هو استخدام الطرق الكهربائية للتحكم في انسداد الغشاء في MBR. تعتبر النفور الكهروستاتيكي والحقول الكهربائية على الجزيئات المشحونة مسؤولة عن تثبيط انسداد الغشاء. يمكن تحقيق ذلك إما خارجيًا، من خلال التحليل الكهربائي، أو داخليًا، من خلال أنظمة MFC.

يوفر التقدم السريع في الذكاء الاصطناعي فرصة كبيرة لتحقيق هذا الهدف، حيث تم استخدامه على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من المجالات، بما في ذلك الرعاية الصحية، والمدن الذكية، والبحث الذكي، وتحليل البيانات على نطاق واسع، والتعرف على الأنماط. في سياق الثورة الصناعية الرابعة ومنظر تكنولوجي ديناميكي، تحول التركيز نحو
تحسين أداء النظام، والتخطيط على المدى الطويل، ودمج الذكاء الاصطناعي بسلاسة في عمليات النظام. كان دور الذكاء الاصطناعي في عمليات الغشاء موضوعًا بارزًا ومثيرًا للنقاش بين مهندسي الغشاء والباحثين على مدار العقدين الماضيين. تشمل التطبيقات البارزة توقعات الذكاء الاصطناعي لكفاءة ترشيح جزيئات الأدوية، تصميم وتحسين أغشية النانو المركبة الرقيقة، توقعات ضغط البلاستيك، وتقديرات عمر الغشاء، بالإضافة إلى التمييز المدفوع بالذكاء الاصطناعي لبروتينات الغشاء وتوقعات انسداد الغشاء. يزداد اعتماد الذكاء الاصطناعي في مجال أنظمة مرشحات الأغشية، حيث يلعب دورًا حاسمًا في توقع سلوك الأنظمة المعقدة وغير القابلة للتنبؤ. مع اكتساب هذه الأنظمة تدريجيًا القدرة على التشخيص الذاتي بشكل مستقل، يصبح الذكاء الاصطناعي أمرًا لا غنى عنه. يتم استخدام مجموعة متنوعة من خوارزميات الذكاء الاصطناعي في هذا السياق، بما في ذلك الشبكات العصبية الاصطناعية (ANN)، والخوارزميات الجينية (GA)، وتحسين سرب الجسيمات (PSO)، والبرمجة الجينية (GP)، والتبريد المحاكي (SA)، والمنطق الضبابي (FL)، والشبكات العصبية الضبابية التكيفية (ANF)، وآلة الدعم الناقل (SVM).

غالبًا ما تتضمن النمذجة الرياضية التقليدية، التي تعتمد على تقنيات رياضية أو تجريبية، معادلات معقدة وصعبة، خاصة في سياق انسداد الغشاء. ومع ذلك، فإن هذه النماذج التقليدية تظهر قيودًا في توقع سلوك انسداد الغشاء مقارنةً بنماذج الذكاء الاصطناعي، ويرجع ذلك أساسًا إلى تعقيد ظاهرة الانسداد. تميل النماذج التقليدية إلى تبسيط انسداد الغشاء، مما يفتقر إلى القدرة على فهم التغيرات الزمنية في تفاعلات الملوثات والانغلاق.

يوفر الذكاء الاصطناعي، بقدرته على التعلم وقدرته على معالجة مجموعات بيانات غير خطية معقدة، مزايا مميزة على النماذج الميكانيكية التقليدية. يتميز الذكاء الاصطناعي بأنه “صندوق أسود”، يعتمد على آليات التعلم المستندة إلى مجموعات البيانات بدلاً من المعادلات الرياضية التقليدية
لتوقع انسداد الغشاء. توضح الشكل 5 أكثر الخوارزميات شيوعًا لتقنيات الذكاء الاصطناعي في توقع انسداد الغشاء. في السنوات الأخيرة، تم دمج الذكاء الاصطناعي بشكل متزايد في أنظمة مرشحات الأغشية، مما يتيح توقعات دقيقة للغاية لتدفق الماء المنفذ، ورفض الغشاء، وغيرها من المعلمات الحيوية في كل من النشر التجريبي والتجاري. بينما قد تكون النماذج الرياضية كافية لتوقع انسداد الغشاء مع أعداد إدخال منخفضة، تصبح معقدة وصعبة التطوير عند استخدام أعداد كبيرة من المدخلات. تفتقر معظم النماذج الميكانيكية، التي تم إنشاؤها واختبارها في بيئات محكومة، إلى قدرات التعليم الذاتي وغير مناسبة للرصد في الوقت الحقيقي في المصانع الكبيرة. لمعالجة هذه التحديات، يمكن استخدام طرق ذكية مثل نماذج الذكاء الحاسوبي عالية الأداء. على الرغم من الإمكانيات، هناك أبحاث محدودة حول تقنيات الذكاء الاصطناعي المختلفة لتوقع ترشيح الأغشية.

تشمل الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا الأغشية تعزيز الانتقائية والمحبة للماء من خلال دمج المواد النانوية، مع معالجة تقليل التلوث في الوقت نفسه. ستؤكد الأبحاث الجارية على فهم تأثيرات سطح الغشاء وإنشاء وحدات مراقبة لتحليل التلوث التنبؤي. تقدم أغشية مستوحاة من بروتينات قنوات المياه فرصًا لتحقيق انتقائية عالية ونفاذية. يظهر دمج الطاقة المتجددة في عمليات الأغشية كاستراتيجية رئيسية لتقليل استهلاك الطاقة وتعزيز الاستدامة من خلال تقليل البصمة الكربونية. عمليات الأغشية الهجينة، وهي حدود ناشئة،

تهدف إلى زيادة النفاذية وتعزيز التوافر التجاري. تلخص الشكل 6 هذه الاتجاهات المحورية في تكنولوجيا الأغشية.

فيما يتعلق بأغشية التناضح العكسي، فإن التلوث يؤدي عادةً إلى انخفاض أداء الفصل، وتقليل عمر الغشاء، وزيادة تكاليف التشغيل. لتحسين كفاءة الطاقة لأغشية التناضح العكسي لمياه البحر وتقليل انبعاثات غازات الدفيئة المرتبطة بها، فإن تطوير أغشية تناضح عكسي ذات نفاذية أعلى وضغط نفاذية أقل أمر بالغ الأهمية. تهدف الاقتصاد الدائري إلى تقليل وإعادة استخدام وإعادة تدوير النفايات من خلال الروابط بين المياه والغذاء والطاقة. يساعد الفصل من خلال الأغشية الخضراء والمستدامة في تقليل انبعاثات الكربون والتخفيف من تغير المناخ. سيساهم تطبيق نهج الاقتصاد الدائري في استغلال النفايات البيولوجية الزراعية الصناعية لإنتاج الأفلام الخضراء في تحقيق الأهداف المتعددة المتمثلة في تقليل النفايات البيولوجية، والترقية إلى منتجات ذات قيمة مضافة عالية، وحماية البيئة. يمكن أن تسهم استدامة الأغشية من خلال النفايات ذات القيمة المضافة أو استخدام البوليمرات الحيوية في تقليل استهلاك الموارد الطبيعية وتمديد عمر الأغشية، مما يدعم بشكل أكبر هدف الاقتصاد الدائري في تعظيم استخدام الموارد.

إن تخليق أغشية النانو مركبة باستخدام مواد خضراء كمواد مالئة هو اتجاه بحث واعد. تعتبر الجسيمات النانوية الحيوية مادة واعدة نظرًا لخصائصها الخضراء وطرق إنتاجها المستدامة، بالإضافة إلى أدائها الجيد في تقليل الملوثات البيئية. كَمَري وشهبازي تم تطوير غشاء نانو مركب بنجاح باستخدام قش الأرز المنقى محمل بـ جزيئات نانوية مغناطيسية ومدمجة مع 3-أمينوبروبيل. أظهرت هذه الغشاء كفاءات إزالة فائقة الارتفاع لأيونات النحاس ( ) وصبغة الميثيل الأحمر ( )، جنبًا إلى جنب مع إمكانية إعادة الاستخدام الممتازة
( 5 دورات: ). تبرز هذه التطورات التطور المستمر والتطبيقات المتنوعة للأغشية النانوية المركبة في تكنولوجيا الأغشية. موندال وبوركيت تم تحضير أغشية بولي (فينيليدين ثنائي الفلورايد) – كوبولي هيكسافلورو بروبيلين من خلال تخليق أخضر للنانوجزيئات الحديد باستخدام مستخلص القرنفل، وتم تحضيرها وتثبيتها في بولي (إيثيلين جلايكول) ميثيل إيثر وحمض هيوميك. تمتلك الغشاء قدرة تحفيزية قوية على النيتروبنزين. تقليل) ويمكن أن يحتفظ بالفلوريد حتى أقصى حد من الاحتفاظ بـ يمكن استخدام مستخلصات التفاح لتخليق جزيئات السيليكا النانوية، المعدلة عضوياً، والمضافة إلى أغشية الألياف النانوية من PVDF ذات المسام العالية باستخدام تقنية الغزل الكهروستاتيكي لزيادة كفاءة الأغشية بشكل فعال وإزالة من الملح. باستخدام الميكروويف وطريقة الطهي في وعاء واحد المدعومة بالحرارة، نثونيا وآخرون. تمكنوا من تضمين مستخلص التفاح في أغشية PVDF ومنع نمو البكتيريا المعتدلة والحرارية على الأغشية عند أدنى جرعات مثبطة من . بالإضافة إلى ذلك، تم إثبات أن أوراق نبات الماندراجورا كانت تستخدم لفصل الغاز وامتصاص الأيونات من خلال تحضير جزيئات نانوية من PbO وتخليق أغشية بوليمرية نانوية من PVC عبر طريقة خضراء، مما يفيد في زيادة المسامية وامتصاص الماء وسعة امتصاص الأيونات. في المستقبل، هناك حاجة إلى مزيد من الاستكشاف في تحسين الأهداف المتعددة لكل من تركيز الجسيمات النانوية وحجمها. هذا أمر حاسم لتعظيم فعالية الجسيمات النانوية في التحفيز، وتعزيز كفاءة الترشيح، وزيادة النشاط المضاد للميكروبات. إن استخدام المواد التي تم تعديلها من خلال إضافة الجسيمات النانوية أو ترسيبها على أسطحها يحمل وعدًا، ولكنه أيضًا يطرح مخاطر محتملة، حيث قد يتم إطلاق الجسيمات النانوية في البيئة وتراكمها على مدى فترات طويلة. علاوة على ذلك، عند تصميم أغشية نانوية صديقة للبيئة للإنتاج على نطاق صناعي وتجاري، من الضروري أخذ اعتبارات الاستدامة والسمية والسلامة في الاعتبار. هذه العوامل أساسية لضمان الاستخدام المسؤول والآمن للأغشية النانوية الخضراء.

تحتوي استكشاف الأغشية المركبة متعددة الجسيمات النانوية على وعود كبيرة، متفوقة على الأغشية النانوية الفردية في تعزيز أداء الأغشية. وقد زاد التركيز على تطوير الجيل التالي من أغشية التناضح العكسي، تحديدًا من خلال إنشاء أغشية مركبة رقيقة من الجسيمات النانوية. يتضمن ذلك دمج الجسيمات النانوية في طبقات البولي أميد خلال عملية البلمرة السطحية. تشمل الجهود الملحوظة تطوير أغشية ضوئية التحفيز بواسطة أكبر زاده وندونغ. تتميز نانومركبات أكسيد البزموت الكلوري مع معدلات تجميع سريعة للإلكترونات والثقوب لفعالية تدهور الملوثات. أظهرت غشاء نانومركب أكسيد البزموت/كبريتيد الفضة خصائص ميكانيكية استثنائية وحققت تحلية المياه عند 10 ميغاباسكال، مما يظهر نفاذية عالية للمياه.

استخدام البوليمرات الآمنة وغير السامة ومنخفضة التكلفة لصنع الأفلام يمكن أن يكون حلاً مستدامًا في الاقتصاد الدائري للبلاستيك. لتعزيز النفاذية الانتقائية وخصائص مقاومة التلوث، يمكن دمج المواد النانوية الوظيفية مثل أنابيب الكربون النانوية المفعلة بالأمينات، وأنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران، وكربيد النيتروجين الجرافيتي المفعّل بالكاربوكسيلي في طبقة البولي أميد. يخلق هذا الدمج مسامًا/قنوات نانوية إضافية ويزيد من الحجم الحر لمصفوفة البولي أميد، مما يؤدي إلى مسارات نقل فعالة في الرقيقة.
أفلام النانو مركبات. يمكن حقن أغشية البولي أميد بالمواد النانوية من خلال طرق مختلفة، بما في ذلك طريقة الجل-المحلول، وتعدين/تعدين السطح، والتبلور الواجهاتي. وجود جزيئات أكسيد الزنك وأكسيد الحديد الهيدروكسي في الغشاء البوليمري يسمح بتجاوز طرد دونان، مما يؤثر في النهاية على حجم المسام. استخدام البولي إيثيلين تيريفثاليت المعاد تدويره يقلل من إنتاج البلاستيك ويسهل تحسين المحبة للماء لسطح الغشاء. خاشيج وآخرون. استرجاع أغشية NF الصديقة للبيئة المصنوعة من بولي إيثيلين تيرفثالات لإزالة الرصاص (II) و من الكروم (VI) من مياه الصرف الصناعي، وبسبب إضافة معزز هيدروفيل من أكسيد الزنك، تفاعلت ألياف بولي إيثيلين تيريفثاليت النانوية مع جزيئات أكسيد الزنك/أكسيد الحديد الهيدروكسي لتحسين الخصائص الهيدروفيلية وتدفقات النفاذية للأغشية. الطريقة المقترحة للت polymerization الواجهة من قبل وانغ وآخرون. تم تنفيذ الإشعاع فوق البنفسجي لإعادة ترتيب بولي أميد فوتو-فرايز، وبالتالي تحسين النفاذية الانتقائية وأداء مقاومة التلوث لأغشية التناضح العكسي. بالإضافة إلى ذلك، تم اقتراح استراتيجية أكسدة واختزال نانوية حيوية مبتكرة من قبل هيو وآخرون. حيث تم تقليل جزيئات الفضة النانوية في الموقع بواسطة جزيئات نانوية تحاكي الطبيعة وتوزيعها بشكل موحد في جميع أنحاء الغشاء من خلال دعم الترشيح الفائق مع -فينيلينديامين وجزيء الدوبامين الحيوي اللاصق في بولي سلفون، مما يعزز نفاذية الماء لغشاء التناضح العكسي ( بار وحافظت على معدل رفض عالي لملح الصوديوم (98.1%).

تضرب الأفلام المركبة الرقيقة التي تحتوي على جزيئات نانوية توازنًا بين نفاذية الغاز والانتقائية. يتطلب تعزيز خصائص مقاومة الشيخوخة ومقاومة البلاستيك في هذه الأفلام تعديلات محددة، مثل الربط المتقاطع أو التلدين، دون المساس بهيكل الركيزة أثناء التصنيع. في تطبيقات البيوديزل، قد تؤدي تصادمات قطرات الزيت إلى تجمعها في قطرات كبيرة يمكن ضغطها على
الغشاء، مما يشكل قشورًا. وهذا يتطلب تنظيف الغشاء لإزالة المكونات المتبقية وإطالة عمر الغشاء وكفاءته وقابليته للتكرار. في سياق تطوير مواد الأغشية لتطبيقات فصل الغاز الحيوي، يجب أن يتحول التركيز نحو تحسين التوافق مع مجموعة واسعة من مكونات الغاز الحيوي، مع إعطاء الأولوية لاستقرار المنتج على حساب الانتقائية العالية بشكل مفرط. يوضح الجدول 4 تحسين الأداء وتأثيرات مختلف المواد النانوية على الأغشية.

استكشاف الكيميائيات المحددة لمواد الطبقة الوسيطة يمكن أن يعزز انتقائية الأغشية النانوية المركبة من الجيل التالي ضد الملوثات المستهدفة. عمر الأغشية النانوية المركبة واستقرارها عرضة للتدهور الميكانيكي والكيميائي، مما يفرض قيودًا على التكلفة وعوائق أمام التخليق والتطبيق على نطاق واسع. تحقيق التوافق مع مصادر الطاقة المتجددة، مع مراعاة تركيزات التحميل، وضمان متانة الأغشية النانوية المركبة هي جوانب حاسمة في تصميم الأغشية النانوية الصديقة للبيئة للإنتاج على نطاق صناعي وتجاري. تقييم إمكانية تسرب الجسيمات النانوية تحت ظروف تشغيل مختلفة أمر ضروري لحماية الصحة العامة. توفر تقنيات التوصيف المتقدمة فهمًا أفضل لتأثير الطبقة الوسيطة على الخصائص الفيزيائية والكيميائية بين فيلم البوليمر والنانو فيلم، بما في ذلك تفاعل النانو حشوة مع البوليمر واتجاه النقل. يجب أن تركز الجهود المستقبلية على تعديل سطح النانو حشوات وتحسين عملية الإدماج مع مجموعات وظيفية عضوية وغير عضوية كافية. تهدف هذه الطريقة إلى تحسين تشتت النانو حشوات، لتحقيق توزيع أكثر تجانسًا لأداء معزز.

تم استخدام تأثير السطح بشكل واسع في NF المائي. في هذه العملية، يتم تحديد انتقائية الأيونات من خلال التنافر الكهروستاتيكي بين سطح المسام المشحون والأيونات.

لتحقيق الانتقائية المرغوبة ونفاذية المذيب في نفس الوقت، من الضروري الاستفادة الكاملة من حجم المسام وسطح المسام. بينما يتم تقليل التنافر الكهروستاتيكي بين الأغشية والأيونات في المذيبات العضوية بشكل حاد، هناك حاجة لتطوير واستكشاف قوى التفاعل التي تشمل التفاعلات الكارهة للماء. علاوة على ذلك، يمكن أن يقلل استخدام عوامل الربط الأفضل في أغشية تبادل الأنيون والأغشية العضوية مع المذيبات العضوية لخلايا الوقود من أداء الانتفاخ للأغشية مع الحفاظ على امتصاص الماء العالي، مما ينتج مواد غشاء جديدة ذات استقرار عالٍ. عدم كفاية القوة الميكانيكية لأغشية البوليمر لعمليات الديزل الحيوي، تتطلب مفاعلات الأغشية المثالية تصميمات أنظمة مبتكرة مع عوائد عالية من الديزل الحيوي وانتقائية فصل المنتجات للإنتاج على نطاق واسع من الديزل الحيوي من الدرجة الوقودية. نبايس وآخرون. قارنوا تأثيرات محتويات MOF المختلفة على استقرار الغشاء وانتقائية الغاز باستخدام MMMs مصنوعة من بوليمر سائل أيوني قائم على البيروليدين، سائل أيوني، وMOFs لفصل الغاز. للحصول على تحكم دقيق في الهيكل ومحتوى الأغشية المحسنة، سيكون من الضروري إجراء تحقيق إضافي وتحسين ظروف العمل.

لزيادة تعزيز خصائص مقاومة التلوث/التلوث البيولوجي وخصائص مضادة للميكروبات للأغشية وتعظيم استخدام أحجام المسام والأسطح لتحقيق الانتقائية المرغوبة ونفاذية المذيب، يجب أن تركز الجهود المستمرة على تحسين كارهية الماء وشحنة السطح لأسطح الأغشية. تشمل الطرق الشائعة لتعزيز الهيكل الكيميائي للطبقة الخارجية للغشاء إضافة مجموعات وظيفية إلى هيكل البوليمر، زراعة السطح، الالتصاق الذاتي، الطلاء، ومعالجة السطح. يبرز تعديل السطح الفائق الكاره للماء كنهج فعال بشكل خاص، مما يعزز قدرة الغشاء على التنظيف الذاتي. في الوقت نفسه، تساهم تقنيات تعديل السطح في زيادة نفاذية الرطوبة للغشاء. بالإضافة إلى ذلك، يسمح تطبيق المجالات الكهربائية على أنظمة NF، بالاستفادة من تأثير دونان والتنافر العازل، بالتلاعب بشحنة سطح الغشاء. يؤدي هذا التلاعب إلى زيادة كثافة شحنة سطح الغشاء، مما يحسن في النهاية انتقائية الغشاء.

ت poses حساب دقيق لأداء مقاومة التلوث تحديًا بسبب غياب علاقة كمية واضحة بين الوحدات الوظيفية وفعالية مقاومة التلوث. يعد التنبؤ بخصائص التلوث أمرًا حيويًا لتوصية بأساليب التحكم المناسبة لتحسين أداء النظام. لإجراء دراسة شاملة للمعلمات مثل الضغط، سرعة التدفق الخاطئ، أو ظواهر محددة مثل التبلور السطحي، يجب تصميم الإعداد التجريبي بدقة. ومع ذلك، تفتقر كل من الطرق التحليلية البصرية وغير البصرية لتلوث الأغشية إلى تقنيات حساسة للغاية لتحديد الملوثات التي تسبب التلوث غير القابل للإصلاح، حيث أن الدقة الحالية وحساسية الكشف غير كافية. هناك حاجة ملحة لتطوير تقنيات لمراقبة مستمرة لعناصر الغشاء لتحديد رواسب المقياس وتقليل تكلفة تنظيف تلوث الأغشية. استخدم لاي وآخرون. تقنية الانعكاس الزمني بالموجات فوق الصوتية لوصف التلوث الداخلي والخارجي للأغشية القابلة للاختراق للأمام. تم استخدام هذه الطريقة لتقييم تطور الغشاء البيولوجي الأولي، ومراقبة نمو طبقة التلوث، وتقييم عملية تنظيف الغشاء.

مراقبة وتحسين أداء غشاء RO في تقليل ميول التلوث البيولوجي مستمرة. استخدم ناكايا وآخرون. أدينوزين ثلاثي الفوسفات كعلامة لتتبع النشاط البكتيري لمراقبة التلوث البيولوجي في أغشية RO، مما يعكس التصاق خلايا البكتيريا ونمو الغشاء البيولوجي. يمكن لنماذج الذكاء الاصطناعي التعامل مع القضايا غير الخطية، ويمكن بناء نماذج هجينة تجمع بين الرياضيات ونماذج الذكاء الاصطناعي لتوقع تلوث الأغشية. ظهرت تقنيات التعلم العميق ونماذج الذكاء الاصطناعي كطرق جديدة لتوقع سلوك التلوث في عمليات ترشيح الأغشية. لفهم أفضل لسلوك التلوث، يتحدد الفحص الشامل لطبقة التلوث على سطح الغشاء مكونات طبقة التلوث الرئيسية. استخدام نماذج مدفوعة بالبيانات مع عدم اليقين لتقديم توقعات نقطة واحدة لملاحظات البيانات الفردية لا يمكن الاعتماد عليها لاتخاذ قرارات تشغيلية في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. قد يساعد التعلم الآلي أو نموذج عالي الأداء آخر في توفير نافذة جديدة لمعالجة مشاكل الترشيح الفائق الصعبة وتوجيه تحسين أنظمة الأغشية في المعالجة المسبقة وتعديل الأغشية. قارن دينغ وآخرون. التعلم الخاضع للإشراف لنمذجة عملية غشاء الترشيح الفائق من خلال التنبؤ شبه التلقائي (STL) والتنبؤ التلقائي بالكامل (RF) بناءً على نموذج شجري ووجدوا أن نموذج STL كان لديه دقة توقع عالية للبيانات المستقبلية على المدى القصير، بينما كان فقدان نموذج MSE في نطاق “، مما يدل على عمر خدمة ممتد لأغشية الترشيح الفائق تحت ظروف بيئية ذات صلة. إن استخدام استبدال الأغشية في تزايد، وتصنيع وحدات الأغشية يسبب مشكلة متزايدة للنفايات الصلبة بالإضافة إلى إمكانية فقدان موارد هامة. هذه العوامل تبرز الحاجة إلى تقنيات التخلص الصديقة للبيئة التي تتوافق مع مبادئ الاستدامة العالمية والتنمية المستدامة. لذلك، فإن تجنب اعتبار الأغشية في نهاية عمرها كقمامة والتخلص منها مباشرة في مدافن النفايات يمكن أن يعزز بشكل فعال الاقتصاد الدائري للأغشية. تشين وآخرون. طور نموذج استخدام غشاء مغلق الحلقة جديد باستخدام أغشية منخفضة الضغط معاد تدويرها وأغشية عالية الضغط معاد تدويرها لتجنب إنتاج وتخلص من أغشية جديدة، مما يمكن أن يقلل من الأثر البيئي بـ وزيادة الفوائد الاقتصادية من خلال تيان وآخرون قدمت تقنية جديدة لتجديد المذيبات الخضراء التي سمحت لأغشية الترشيح الفائق في نهاية عمرها بالاستعادة نفاذية الماء وسعة احتجاز حمض الهيوميك بعد معالجة المذيب بمثيل 5-(ثنائي ميثيل أمين)-2-ميثيل-5-أوكسي فالييرات. من خلال ضمان قابلية تحلل المزيج من المذيب والماء، تقلل المذيبات الخضراء أو تحل محل المذيبات العضوية الخطرة، مما يقلل بشكل كبير من الآثار البيئية الضارة لتكنولوجيا إعادة التحضير، ويزيد من توافق عمليات تصنيع الأغشية الصناعية المستخدمة حاليًا.

لمعالجة تعطيل بروتينات قنوات الماء وانخفاض الانتقائية، يتم تقديم مفاهيم جديدة لتصميم أغشية بيوكيميائية لمعالجة المياه ذات انتقائية عالية ونفاذية جيدة، من خلال أغشية بيوكيميائية قائمة على بروتينات قنوات الماء ذات أشكال مسام محددة. يجب أن تحتوي قنوات الماء البيوكيميائية المثلى على سطح خارجي عالي الألفة مناسب لبيئة الغشاء الدهني، وشكل قناة يسهل بناؤها أثناء التحضير ويوفر نقلًا فعالًا للمياه. تتحكم بروتينات قنوات الماء في قابلية بلل قنوات البروتين عن طريق تنظيم تشكيل بعض الأحماض الأمينية في
قنوات. قناة أنابيب الكربون النانوية فائقة القصر وعالية الألفة التي طورها ليو وآخرون. هو قناة مائية بيوميميتية ذات نفاذية عالية ) وانتقائية الأيونات (الرفض الكامل لأيونات الملح)، وبالتالي تم تجميعها في هيكل أنبوبي لتسهيل نقل المياه. ومن ثم، فإن تطوير مواد بيوكيميائية متقدمة يحمل أهمية كبيرة في ضمان فعالية قنوات المياه البيوكيميائية القابلة للاختراق. إن الهندسة المبسطة للأسطح البيوكيميائية المحبة للماء من شأنها أن تسهل بشكل كبير معالجة المياه المعتمدة على الأغشية، مما يعزز التقدم السريع في المجالات التي تعتمد بشكل كبير على خصائص السطح. ويشمل ذلك تطبيقات مثل آليات الإفراج المنضبط وطلاءات مقاومة للتآكل. إن عملية المحبة للماء، التي تخلق طبقة هيدروليكية، تثبت فعاليتها في منع الملوثات من الوصول إلى الغشاء، مما يقدم حلاً قابلاً للتطبيق لتخفيف التلوث في أغشية التناضح الأمامي. لي وآخرون. تم تصميم وإنتاج طبقة من حمض التانيك والتورين بواسطة فصل السطح المعدل بالدوبامين والبولي إيثيلين أمين، مما حسّن بشكل فعال من المحبة للماء ومقاومة البقع للركيزة. كما أن الطلاء الحيوي الصديق للبيئة الذي تم ترسيبه عزز بشكل كبير من المحبة للماء ونفاذية الغشاء، ويانغ وآخرون. تم تنفيذ التنظيف المائي من خلال ترسيب مشترك من خطوة واحدة للدوبامين وحمض التانيك على غشاء بولي فينيليدين فلوريد غير قابل للماء لتحقيق أداء فصل فعال وإمكانية مقاومة التلوث. تحتوي طبقة بروتين قناة الماء على طبقة دهنية ثنائية توفر نفاذية سريعة للماء وإزالة فعالة لأيونات الملح والملوثات. تشين وآخرون. استخدم مزيجًا من اللاكاز والكربون النانوي لإنتاج غشاء ديناميكي حيوي مقلد مع طبقة حيوية مقلدة فضفاضة ذات مقاومة عالية للتصفية لتحسين الكفاءة التحفيزية، مما أظهر إزالة ممتازة للصبغات. ومقاومة قوية للتلوث.

استخدام الطاقة المتجددة يمثل حلاً جذاباً لتقليل البصمة الكربونية لمحطات التحلية بالتناضح العكسي، مع تقليل انبعاثات غازات الدفيئة وتكاليف التشغيل في الوقت نفسه. هذه الطريقة تقطع الصلة بين أسعار المياه وتكاليف الوقود. تُعرف أنظمة التحلية بالتناضح العكسي المدفوعة بالطاقة المتجددة بموثوقيتها واستدامتها المحسّنة مقارنة بالأنظمة البديلة. تم تحديد دمج الطاقة الشمسية في تسخين المياه الداخلة لأنظمة التحلية بالتناضح العكسي كاستراتيجية لتعزيز الأداء العام للمحطة. في المناطق النائية، من المتوقع أن يعزز الدمج المباشر للطاقة المتجددة مع تكنولوجيا تحلية الأغشية NF/RO، دون الحاجة إلى تخزين الطاقة، متانة النظام وبساطته وكفاءته، مع توفير التكاليف من خلال تقليل الاعتماد على البنية التحتية المكلفة. على سبيل المثال، زين وآخرون. استخدمت الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتوافقة مع محطة التحلية وحققت فائدة تكلفة تتراوح بين 37-55%. لزيادة الكفاءة الحرارية لتوليد الطاقة الشمسية وبالتالي زيادة إنتاجية المياه العذبة، قام مونجيزي وآخرون. اقترح طريقة جديدة لربط خلايا الطاقة الشمسية الحرارية بنظام التحلية بالتناضح العكسي في ميناء الإسكندرية، مصر. ضمنت وحدة الخلايا توفير إمدادات ثابتة من المياه العذبة، مما يقلل بشكل فعال من تلوث الأغشية. ومن الجدير بالذكر أن أغشية التناضح العكسي التي تتميز بزيادة لزوجة المياه ونفاذية المياه تظهر توفيرًا في الطاقة من تقديم فصل الأغشية المرتبط بالتحفيز الذاتي المدفوع بالطاقة الشمسية لتصفية المياه يمثل نهجًا تكنولوجيًا صديقًا للبيئة ومستدامًا. آليات التنظيم المطبقة على الكبار
تعتبر أنظمة خلايا الوقود ذات القدرة المحددة مهمة، ويمكن أن يساهم دمج أنظمة تخزين الطاقة الفعالة في الحفاظ على استقرار نظام الطاقة. يمكن تحسين تدفق الماء الناتج من الأغشية المعدلة، التي تظهر استقرار أداء ملحوظ، من خلال زيادة شدة الضوء. تعتبر أغشية التناضح العكسي لتحلية المياه المتجددة أكثر تكلفة بسبب التكلفة العالية نسبياً لطاقة الشمس الكهروضوئية ومدة التشغيل القصيرة. يمكن تشغيل منشآت أغشية التناضح العكسي بنجاح وبشكل نظيف بواسطة طاقة الرياح بسبب انخفاض تكاليف التشغيل وكفاءتها العالية. نظراً للتقلبات السريعة في كمية طاقة الرياح المتاحة في كل موقع، يجب أن تكون منشآت التحلية التي تستخدم طاقة الرياح مرنة بما يكفي لتحمل عمليات الإيقاف والتشغيل المتكررة. هناك حاجة إلى تحسين كامل لكلتا التقنيتين من حيث إنتاج المياه والطاقة لتثبيت أنظمة التحلية المدعومة بأنظمة الطاقة المعتمدة على الأغشية.

إن التوسع في استخدام العمليات المعتمدة على الأغشية من المتوقع أن يسهم بشكل كبير في التصميم العقلاني وتخليق المواد المثلى، مما يظهر أداءً استثنائيًا في الفصل من خلال آليات فصل متميزة. إن الدمج الاستراتيجي لعمليات الأكسدة المتقدمة الكهروكيميائية مع تكنولوجيا الأغشية يظهر كحل فعال للتخفيف من مشاكل تلوث الأغشية، مما يعزز الأداء العام للفصل. لمعالجة قيود الرقم الهيدروجيني وتدفق المحفز، من الضروري تطوير محفزات غير متجانسة جديدة ذات نطاق pH قابل للتطبيق على نطاق واسع. سيو وآخرون. قدمت عملية هجينة FO-RO التي تقلل بشكل فعال من الضغط المطبق، مما يقلل بالتالي من استهلاك الطاقة في نظام RO. بالإضافة إلى ذلك، تم دمج تقنية النفاذ المؤجل بالضغط في حصاد الطاقة من تدرج الملوحة المتجدد مع أنظمة النفاذ الأمامي الهجينة، يدعم توليد الطاقة، مما يساهم في تقليل استهلاك الطاقة في عمليات معالجة الأغشية.

في نظام امتصاص الغشاء الهجين، يعزز دمج مادة الامتصاص المسامية MCM-41 مع غشاء الترشيح الفائق أداء الفصل لإزالة صبغة الميثيل الأخضر. يثبت هذا النظام نجاحه في تنقية المياه الملوثة من خلال إزالة الصبغات بشكل فعال. تُستغل مرونة السوائل الأيونية في تصميم أغشية فصل الغاز، من خلال استخدام مجموعة متنوعة من تركيبات الكاتيونات والأنيونات، مما يُظهر توفرها التجاري العالي. ومع ذلك، فإن تحسين استقرار أغشية السوائل الأيونية وتفاعلاتها مع الأطوار الصلبة والبوليمرات لا يزال مجالًا حاسمًا لمزيد من التطوير.

فهم العلاقات الهيكلية والخصائص بين أغشية الخلط المتجانسة وغير المتجانسة أمر ضروري لأغشية مصفوفة البوليمر. يساعد هذا الفهم، الذي يتم التنبؤ به من خلال نماذج النقل مثل محاكاة الديناميكا الجزيئية، في الاختيار الصحيح للبوليمرات والتركيبات لتعزيز أداء فصل الغاز وتبخير النفاذ. في خلايا الوقود، تزداد فعالية السوائل الأيونية عند تفعيلها بمجموعات ملء هوائية لتعديل الأغشية. إن استكشاف مواد جديدة، وتعديل المجموعات الوظيفية الكاتيونية، وإدخال إضافات موصلة هي طرق لتحسين الموصلية الكهربائية للهيدروكسيد في أغشية خلايا الوقود.

يمكن تطوير تركيبات هجينة مختلفة، مثل المواد البوليمرية/البوليمرية، والمواد الكارهة للماء/المحبة للماء، والعضوية/الغير عضوية، والإضافات البوليمرية/العضوية-الغير عضوية/السليلوز، من أجل
أداء أعلى في خلايا الوقود. خير الدين وآخرون تم تطوير أغشية غير متجانسة من بولي إيثير سلفون/أنابيب كربونية متعددة الجدران-1/بروميد الليثيوم-5 بشكل مبتكر من خلال عملية فصل الطور الناتجة عن التسخين. تتميز هذه الأغشية بارتفاع المسامية والمحبة للماء، مما يساهم في نفاذية كبيرة للطحالب وخصائص مقاومة للتلوث. في أنظمة زراعة الطحالب، قام زينغ وآخرون. حقق كفاءة استخدام نقل ثاني أكسيد الكربون باستخدام نظام نقل ثاني أكسيد الكربون متعدد الأغشية، مما يلغي استهلاك الطاقة لضغط الغاز ونقله، ويقلل من فقدان الطاقة أثناء تجديد المذيب المستخدم في الالتقاط.

في الختام، يتطلب معالجة التحديات المتعلقة بتلوث الأغشية وتعزيز أداء الأغشية تركيزًا استراتيجيًا على اتجاهات البحث المستقبلية. يظهر دمج المواد النانوية مع الأغشية كمسار واعد لتعزيز نفاذية المياه للأغشية وخصائص مقاومة التلوث. يجب أن تستكشف التحقيقات الإضافية تأثيرات سطح الغشاء، مع التعمق بشكل خاص في قوى التفاعل بين الأغشية والأيونات. إن تطوير نظام مراقبة لتلوث الأغشية أمر حيوي للوقاية الفعالة والسيطرة على حوادث التلوث وتحديد مواقعها. بالإضافة إلى ذلك، فإن دمج مصادر الطاقة المتجددة يخفف من العبء الطاقي المرتبط بفصل الأغشية، مما يساهم في تحسين الكفاءة العامة. يمثل المشهد المتطور لعمليات الأغشية الهجينة اتجاهًا مهمًا، حيث يستفيد من التآزر بين هياكل الأغشية التكميلية لتعزيز الانتقائية ومقاومة التلوث بشكل فعال. تمهد هذه الاتجاهات البحثية الطريق لتقدم في تكنولوجيا الأغشية، مع معالجة القضايا الحرجة وتعزيز الحلول المستدامة.

يمكن استخدام تقنية الأغشية في مجموعة واسعة من التطبيقات في صناعة الأدوية الطبية. تعتبر الأغشية المؤكسجة مواقع تحاكي الاتصال المباشر بين الحويصلات الهوائية والدم وتبادل الغازات. في أجهزة الأكسجين الغشائية وفي قلب تقنية الرئة الاصطناعية الغشائية، تعتبر الخصائص والتركيب الكيميائي للمواد التي تتكون منها الأغشية أمرًا حاسمًا. مع إمكانية استخدامها في خزانات الدم، والأنابيب، والأوعية الدموية الاصطناعية، يمكن استخدام طلاءات هيدروفيلية مختلفة على سطح أغشية تبادل الغاز الطبية لتأكسج الدم لتعزيز توافق الدم عن طريق تقليل التصاق البروتينات. يي وآخرون. استخدمت أغشية مسامية تم رشها بفلوروبوليمرات مسامية أظهرت مقاومة ممتازة للتلوث وأداء تنافسي في أكسجة الدم، حتى بعد أكثر من 12 ساعة من أكسجة الدم المستمرة واختبارات تعرض الدم للراحة لمدة أسبوعين دون تدهور في أداء أكسجة الدم. يمكن أن يؤدي الاستخدام المطول لمضادات التخثر الدوائية لتجنب تجلط الدائرة إلى مشاكل نزيف تعيق الدورة الطويلة لأكسجة الرئة عبر الأغشية خارج الجسم. يتطلب تطوير أغشية الرئة الاصطناعية تعديلات هيدروفيلية على السطح تقلل بشكل فعال من امتصاص البروتين، مما يمكن أن يحسن كفاءة أكسجة الدم وتوافق الدم من خلال تحسين ديناميات السوائل في الدم داخل الوحدة. بالإضافة إلى ذلك، تعديل سطح الغشاء
يمكن أن تكون أسطح الأكسجيناتور باستخدام مواد بوليمرية أو تعديل السطح باستخدام أدوية مضادة للتخثر واستراتيجيات واجهة حيوية مفيدة أيضًا في تحسين توافق الدم.

تعتبر أغشية غسيل الكلى النوع الأكثر أهمية من الأغشية للتطبيقات الطبية الحيوية. يقوم غسيل الكلى، الذي يتكون من أجهزة الغسيل وأنظمة تنقية الدم المتداولة المعتمدة على أغشية غسيل الكلى، بتنقية الدم عن طريق إزالة منتجات الاحتباس البولي من خلال أغشية شبه نفاذة. نظرًا لأن أغشية غسيل الكلى تكون في اتصال مباشر مع الدم، فإنها تتطلب ليس فقط انتقائية الأغشية ومقاومة التلوث ولكن أيضًا التوافق الحيوي. في هذا السياق، تشونغ وآخرون تم دمج بولي إيثيلين جلايكول مع بولي سلفون عن طريق التفاعل المشترك لتحسين المحبة للماء، وتم إنشاء البوليمرات المشتركة المصنعة من خلال فصل الطور الناتج عن عدم الذوبان لتحسين توافق الدم وقضايا تسرب الإضافات في أغشية الترشيح الفائق. تُستخدم أغشية البوليمر المحسّنة التي تتجاوز أداء غشاء غسيل الكلى التقليدي على نطاق واسع لعلاج مرض الكلى المزمن. يحتوي الأسيتات/الهيدروكسيباتيت على توافق خلوي وتوافق دموي جيد جداً، وهايدر وآخرون. استخدمت طريقة تحويل الطور لتحضير أغشية مركبة تحتوي على مواد نانوية بوليمرية تظهر نفاذية جيدة للسموم اليوريمية واحتفاظ بمادة ثنائي الفينول أ.

علاوة على ذلك، تمتلك أغشية غسيل الكلى القدرة على التقاط خلايا الورم الدائرة بشكل انتقائي، وذكر جارفس وآخرون. أجسام مضادة مضادة للبشر من نوع EpCAM مثبتة على سطح الغشاء لتسهيل التقاط الخلايا الورمية بشكل معزز. حققت أغشية الألياف النانوية المعدلة بحمض 1,3,5-البنزين ثلاثي الكربوكسيليك عالية التوافق الحيوي إزالة فعالة من الكرياتينين و اليوريا، وأظهرت المواد النانوية أداءً عاليًا في إزالة السموم اليوريمية من خلال التفاعلات الكهروستاتيكية وتفاعلات الروابط الهيدروجينية. تستمر تطوير أغشية FO ذات الاحتفاظ العالي باليوريا كهدف بحثي في إعادة تدوير محلول الغسيل في عملية غسيل الكلى للحصول على جودة مياه أفضل، وأوقات غسيل كلى أقصر، وتكاليف أقل. تم اقتراح أغشية بدء الهسترسيس (HRO) كأغشية واعدة يمكن توسيع نطاقها لعملية غسيل الكلى لمعالجة إزالة الجزيئات الكبيرة من السموم اليوريمية. يلعب معالجة التكاليف المرتبطة بتخليق وإدماج المعدلات دورًا مهمًا في توسيع إنتاج أغشية غسيل الكلى من مواد جديدة. إن تحسين طرق تصميم الأغشية لتوفير بيئات ميكروية مناسبة لزراعة الخلايا ومتوافقة حيويًا تحاكي بشكل أفضل خصائص الأنسجة البشرية يقلل من الرفض والاستجابات الالتهابية.

علاوة على ذلك، يُنظر إلى توسيع أجهزة الاستشعار الحيوية الغشائية على أنه يكشف عن التغيرات في المعلمات والبروتينات المستهدفة داخل الكائن الحي. سانتوسيلدس-روميرو وآخرون. تم تطوير أغشية لاصقة مخاطية بوليمرية جديدة تم تصنيعها باستخدام بولي (فينيليديروليدون) وEudragit RS10 لاستخدامها في توصيل الأدوية موضعياً لعلاج آفات الغشاء المخاطي الفموي. بالإضافة إلى ذلك، هان وستكل. استخدمت غشاءين من الألياف ذات النواة والغطاء مصنوعين من بوليمرات يودراجيت، مما أدى إلى مجموعة متنوعة من الاستجابات عند مستويات الحموضة الفسيولوجية، مع استخدامات في الأدوية المتطورة وأجهزة الاستشعار التي تستهدف الأمراض والمركبات الضارة. علاوة على ذلك، زانغ وآخرون. تم إنشاء أغشية نقل جزيئية فلورية من خلال دمج المنغنيز (II) المغلف بـ L-cysteine كجهاز استشعار حيوي. وقد حقق هذا النهج المبتكر نتائج ملحوظة معدل الاسترداد للليزوزيم
الكشف في أغشية التصفية. هذه الخطوة الرائدة مكنت من التحقيق في العلاقة بين مستويات الليزوزيم غير الطبيعية وبداية اللوكيميا وأمراض الكلى. يمكن لجهاز الاستشعار الحيوي القائم على MXene المكون من طبقتين من الدهون الكشف بفعالية عن علامة الورم BC BRCA1، والكشف الكهروكيميائي الفعال لجينات مثبطات الأورام (الجينات المتحورة في سرطان الثدي)، مما يساعد في إصلاح الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين التالف. إن الانتقائية والحساسية للأغشية الفلورية تجاه البروتينات المستهدفة تفوق تلك الخاصة بالبروتينات المرجعية، وتثبت هياكل الأغشية أنها واعدة للتطبيقات العملية في الكشف عن البروتينات المستهدفة الطبية. أن وآخرون. استخدمت أغشية أكسازين 170 بيركلورات-إيثيل السليلوز لإنشاء جهاز استشعار حيوي فلوري يتمتع بحساسية عالية ودقة وتصحيح ذاتي من خلال التفاعل الإنزيمي للارجينين وL-أسباراجين. ستخلق أجهزة الاستشعار الحيوية الفلورية المقاسة مع الأغشية للامونيا والإنزيمات المثبتة إمكانيات جديدة للتصوير البصري والاستشعار التحليلي في العمليات الكيميائية الحيوية والسريرية. تتيح أجهزة الاستشعار الحيوية المستجيبة المعدلة بالإنزيمات المستقلة تركيبات مناسبة من أغشية البوليمر المستجيبة المختلفة والإنزيمات (مثل اكتشاف اليورياز لعدوى H. pylori)، مع انتقائية ممتازة لمكونات المصفوفات المعقدة، وأغشية مصنعة بكميات كبيرة بطريقة فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتكرار مما يمكّن من تشخيص طبي مستدام. الأغشية النانوية المركبة المصنوعة من السليلوز البكتيري هي مرشحة جذابة للاستخدام المحتمل في أجهزة الاستشعار الحيوية وهندسة الأنسجة بسبب توصيلها الكهربائي. علاوة على ذلك، فإن تطوير أجهزة استشعار حيوية ورقية يمكن التخلص منها ومنخفضة التكلفة للكشف في خطوة واحدة سهل الاستخدام وفعال من حيث التكلفة، مثل غشاء مسامي مغطى بالنشا ذو السلاسل المتفرعة لـ كشف الأميلاز الذي يحمل وعدًا كبيرًا لتشخيص الأمراض وفحص الأدوية المخفضة للغلوكوز. تعمل تقنيات التصنيع المجهري والنانو على تحسين حساسية ونوعية اكتشاف الجزيئات الحيوية بشكل كبير، وسيكون توحيد الإجراءات خطوة مهمة في انتشار تكنولوجيا الأغشية، مما يسهل التقدم في تطبيقات المراقبة البيئية والتحليل السريري. يوفر واجهة الأغشية الدهنية المستقرة في أجهزة الاستشعار الحيوية بيئة متوافقة حيويًا تقاوم الامتصاص غير المحدد لمكونات المصل، والأنيونات، والكاتيونات، والسموم، مما يوفر إشارة خلفية منخفضة في الاختبار. ومع ذلك، ستحتاج تقنيات المستشعرات الحيوية الجديدة إلى الدعم من خلال بناء أجهزة محمولة للكشف السريع عن السموم في المستقبل.

باستخدام التفاعلات الكارهة للماء والإلكتروستاتيكية، ترتبط البكتيريا بسرعة بسطح المواد البيولوجية، وتنمو، وتتراكم، مما ينتج عنه تجمعات خلوية متعددة الطبقات على سطح الغشاء. لقد أثار التصاق البكتيريا وتلوث أسطح الركائز المختلفة مخاوف جدية على مستوى العالم في قطاع الرعاية الصحية، وتلوث الغذاء، مما يؤدي إلى هدر كبير في الموارد وزيادة العبء الطبي. تعتبر البروتينات عالية القيمة المضافة التي تم امتصاصها على الغشاء أثناء التعقيم، مما يؤدي إلى فقدان المنتج، قضية حاسمة. الطلب على الأغشية القابلة للتعقيم يتزايد تدريجياً في الصناعات الدوائية والغذائية. الفيلم المركب القائم على الورق ذو الطبقتين يجمع الضوء الساقط ويحوّله إلى حرارة، مما يفتح المجال لاستخدام التعقيم بالبخار عالي الحرارة. طبقة التحويل الضوئي الحراري، المصنوعة من الجرافين، تكتسب الحرارة وتتبخر، مما يؤدي إلى إنتاج بخار.
درجة الحرارة أو أعلى، مما يسمح بالتعقيم الفعال في غضون 5 دقائق. كوي وآخرون طوروا أغشية مركبة فائقة الكراهية للماء تتميز بخصائص مضادة للبكتيريا تعتمد على الديناميكا الضوئية من خلال الخياطة الكهروستاتيكية. وقد قضت بشكل فعال على كمية كبيرة من . الذهبية و تمت إزالة الإشريكية القولونية من سطح الغشاء باستخدام الإشعاع الضوئي، مما أدى إلى تحقيق سطح معقم تمامًا. يمكن استخدام أداء التعقيم الضوئي لهذه الأغشية فائقة الكارهية للماء في تعبئة وتخزين المواد الغذائية وتطبيقات الرعاية الصحية. تعتبر المواد المضادة للميكروبات المستحثة بالضوء في طليعة المواد الخضراء المتقدمة، حيث تحتوي الأغشية على هياكل نانوية مسامية تعترض جزيئات مسببات الأمراض بفعالية وتكون قاتلة للجراثيم عند تعرضها لأشعة الشمس، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الحماية البيولوجية. الأغشية التي تم طلاءها بـ MXene لديها القدرة على العمل كغشاء مضاد للتلوث البيولوجي والذي يمتلك أيضًا تأثيرًا مضادًا للبكتيريا ضد الكائنات الدقيقة المائية الشائعة. تم استخدام أغشية MXene من كربيد التيتانيوم من قبل رسول وآخرين. لمكافحة الإشريكية القولونية وباسيلس سوبتيليس مع معدل مضاد للبكتيريا و تثبيط نمو البكتيريا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الأغشية الكهربائية الملتفة ثنائية الوظيفة التي تعزز تكوين البطانة ومضادة للبكتيريا كطعوم وعائية محتملة. تظهر سطح الغشاء ذاتي التعقيم فعالية مضادة للفيروسات من خلال توليد إجهاد أكسيدي لتدمير الفيروسات بشكل فعال، مما يوفر إمكانيات كبيرة في مكافحة عدوى قطرات COVID-19. يتمتع الفيلم الجديد C-dot-PVDF بت hydrophobicity قوية، مما يضمن حجب ممتاز لجزيئات فيروس COVID-19 مع قابلية للتنفس ويمكّن من التعقيم الذاتي المستحث بالشمس استنادًا إلى الامتصاص الفعال لأشعة الشمس بواسطة النقاط الكربونية المدمجة وتبديد الحرارة المصاحب.

يمكن أن تؤدي العدوى البكتيرية إلى جروح مستمرة لا تلتئم، وأضرار خطيرة في الأنسجة، والوفاة، وزيادة النفقات الطبية. نظرًا لخصائصها العلاجية المحتملة وقدرات تحميل وإطلاق الأدوية، يتم اعتبار البوليمرات الحيوية بشكل متزايد كمواد لتضميد الجروح. القدرة على منع التصاق البكتيريا هي خاصية حاسمة أخرى لتضميد الجروح المناسب. تم تطوير أفلام تضميد الجروح المعتمدة على الهيدروجيل، والتي تم تصنيعها أيضًا من البوليمرات، مع إضافة جزيئات الفضة النانوية التي تعزز الكثافة العالية لتكوين الخلايا الليفية والأوعية الدموية الجديدة في الأنسجة، مما يظهر التأثير المحفز لأغشية الهيدروجيل على شفاء الجروح. لحماية وتهدئة موقع الجرح، هناك حاجة ماسة إلى أغشية مرنة تشبه الجلد تتمتع بقدرة عالية على نفاذ الماء والرطوبة. يو وآخرون تم تنفيذ تقنية الغزل الكهروستاتيكي المصممة خصيصًا في الموقع، مما يسمح بتحضير أغشية ليفية مباشرة على الجلد البشري. تضمن هذه المادة الغشائية نشاطًا مضادًا للبكتيريا عاليًا، كما أنها تتميز بخصائص ممتازة من حيث مقاومة الماء والتهوية لزيادة الراحة وتسهيل تطبيقات المستشعرات الكهربائية المرنة وضمادات الجروح. يتأثر سلوك إطلاق الأدوية من أغشية الجلد وقدرتها على امتصاص الإفرازات الناتجة عن الإصابات بشكل كبير بخصائص التحلل الخاصة بها. كيمنا وآخرون. تم إنشاء إطلاق مضبوطة للجنتاميسين من طبقات البروتين القابلة للذوبان في الكحول من الذرة، وكان يُعتقد أنها مادة حيوية واعدة لتجديد أنسجة الجلد بخصائص ميكانيكية جيدة وسلوك غير سام ونشاط مضاد للميكروبات. تتمتع الأغشية القائمة على الكيتوزان بخصائص سهولة التصنيع وثبات جيد. تحتوي الأغشية المعززة بالجليسرول والتي تحتوي على الكيتوزان على هيدروكلوريد التتراسيكلين.
وسلفاديازين الفضة له تأثيرات مضادة للبكتيريا قوية ضد الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية، مما يوفر كفاءة علاجية عالية لتعزيز شفاء الجروح. من خلال استخدام غشاء مركب مصنوع من مستخلص الإيثانول من E. schimperii وتفعيل السليلوز البكتيري، قامت فاطمة وآخرون. أظهرت خصائص قاتلة للبكتيريا ضد المكورات العنقودية الذهبية إيجابية الغرام، مما يعزز تطوير المواد الطبية البيئية الصديقة والاقتصادية. تُظهر جودة الشفاء المحسّنة وسرعة إغلاق الجروح في غشاء النانو الكهربائي المقاوم للتلوث كيف أن التركيب الفيزيائي المثالي والخصائص الكيميائية المدمجة تخلق بيئة عند واجهة الغشاء تشجع على شفاء الجروح في الجروح المزمنة. أظهرت الأغشية المعتمدة على الكاربوكسي ميثيل السليلوز كفاءة ممتازة في تكسير الدم والتوافق الخلوي مع الخلايا الليفية، مما يعزز فعالية عملية شفاء الجروح في الفئران العادية والسكري، مما يعزز إغلاق الجروح وتجديد الأنسجة. تلعب الأغشية النانوية المصنوعة بتقنية النانو دورًا رائدًا مهمًا في نظام نقل الأدوية في شفاء الجروح، وإن تحسين وتحسين الخصائص الفيزيائية والكيميائية للألياف النانوية يسهم في تعزيز الإفراج المنظم أو متعدد المراحل للجزيئات الحيوية في موقع الجرح، مما يعزز شفاء الجروح. ومع ذلك، فإن العثور على المادة المثالية للتطوير لا يزال قضية تحدي تتطلب البحث والتحسين في خصائص المواد الحيوية التي تعتبر أساسية في الرعاية الصحية. تتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء أغشية غير متكافئة بهياكل ثلاثية الأبعاد عالية الدقة يمكن تخصيصها وفقًا لمتطلبات المريض المحددة، وتسمح بتطعيم الأغشية بخلايا جذعية أو خلايا جلدية مأخوذة من المريض لتعزيز تجديد الجلد وتسهيل إعادة بناء ملحقات الجلد.

بالنسبة لقطاعات البتروكيماويات والأدوية والكيماويات الزراعية، فإن فصل خليط المذيبات العضوية أمر بالغ الأهمية. فصل الأغشية في المذيبات العضوية لا يزال في مراحله الأولى مقارنة بفصل الأغشية في المحاليل المائية. المذيبات العضوية ذات التطاير العالي والمحبة للدهون سامة للغاية، ومن المتوقع أن تكون أغشية NF للمذيبات العضوية التي تهدف إلى تنقية المذيبات العضوية واستعادة الجزيئات النانوية تقنية مستدامة لفصل الجزيئات بناءً على الحجم. من خلال تطبيق تدرج الضغط ببساطة
عبر الغشاء، يُمكن لمذيب عضوي NF، وهو تقنية جديدة نسبيًا، أن يُتيح فصلًا سريعًا وطويل الأمد للجزيئات في نطاق الوزن الجزيئي لـ من المذيبات العضوية واستعادة المذيبات. قاو وآخرون. وجد أن أغشية NF المعدلة المتصالبة مع كلوريد الهوموفثالوي تم اكتشافها بمعدلات رفض عالية لكل من الأزرق اللامع ريمازول. وروز بنغال وفقًا لسوكما وتشولفاز-إيميجن، يمكن لأغشية السليلوز NF تحقيق معدل رفض أقصى قدره بالنسبة للبروموثيمول الأزرق، مما يعني أن المذيبات والذائبات غير البروتونية ذات الألفة المنخفضة للسليلوز يتم رفضها بشكل أكبر بواسطة أغشية السليلوز. تُعزى ألفة الأصباغ العضوية للأغشية إلى التفاعلات الكهروستاتيكية وتفاعلات الروابط الهيدروجينية. هناك حاجة إلى أغشية ذات تحمل أكبر للمذيبات لفصل تركيبات المذيبات العضوية. غشاء NF مكون من نانو مركب عضوي جديد مع رفض الورد البنفسجي ونفاذية الإيثانول لـ تم إنشاؤه بواسطة شو وآخرون. نظرًا للهيكل المتشابك للبولي أميد وطبقة الفصل المركبة الهجينة من السيليوكسان الرباعي الأوجه غير العضوي، فإن أغشية NF الجديدة من النانو مركب المذيبات العضوية تتمتع أيضًا بأداء فصل جيد لمجموعة متنوعة من الأصباغ (مثل رباعي هيدروفوران، وثنائي كلورو ميثان، وثنائي ميثيل فورماميد). يجب أن توجه نوع الخليط العضوي والنتائج المرغوبة للفصل تصميم وتحضير مواد الأغشية. ومع ذلك، لا يزال هناك ضرورة ملحة لتوسيع نطاق التطبيقات الصناعية لتسهيل تطوير تطبيقات الأغشية العضوية المذيبة. الأغشية البوليمرية التقليدية قابلة للذوبان في المذيبات وتتطلب خطوات ربط إضافية، بينما تعاني المواد الغشائية المسامية الصلبة ذات الاستقرار الهيكلي المعزز من ضعف الاستقرار الكيميائي، وبالتالي تظل استقرار الأغشية نقطة رئيسية في فصل المذيبات العضوية التآكلية. يمكن أن تزيد الأفلام الفائقة مع قوة ميكانيكية جيدة من كفاءة الفصل، وتدفق النفاذ، واستهلاك الطاقة، وتعتبر اتجاهًا واعدًا في تصفية الأغشية، حيث تستخدم خشونة سطحية متدرجة محكومة لتسهيل فصل الملوثات العضوية المشتتة والمستحلبة. كما هو موضح في الشكل 7، تم تحديد التطبيقات المحتملة لتقنية الأغشية.

باختصار، يتم تطبيق تطوير عمليات الأغشية في غسيل الكلى، حيث يمكن تنقية الدم لحجب خلايا الورم والسموم. ترقية أجهزة استشعار الأغشية الحيوية

يمكن أن توسع البروتينات المستهدفة في الكائنات الحية تطبيقات الكشف. لقد جعلت الحاجة إلى التعقيم في الصناعات الطبية والبترولية الأغشية الضوئية والبوليمرية واعدة للتعقيم البيولوجي وضمادات الجروح. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال عملية فصل الأغشية في المذيبات العضوية في مراحلها الأولى، ومن الضروري بشكل خاص تطوير أغشية جديدة تعتمد على خصائص مذيبات عضوية محددة.

تلعب أنظمة الأغشية دورًا محوريًا في نقل معلومات محددة من مستوى مقياس معين إلى مستوى مقياس أعلى، تلبي المتطلبات المحددة للقطاع الصناعي. من خلال مقياس تجريبي بمساحة غشاء تبلغ فويت وآخرون حقق تطبيق توسيع لم membranes NF السيراميكية من 0.25 إلى عنصر مع إزالة المواد العضوية و رين وآخرون صمم مبخرًا ثنائي الوظائف مرنًا مع غشاء بامتصاص جيد للضوء، فائقة المحبة للماء، موصلية حرارية منخفضة، وتحويل ضوئي حراري ممتاز تحت الطيف الشمسي الكامل. لقد تم إثبات قابلية توسيع هذا التصميم بنجاح، محققًا كفاءة تحويل من الشمس إلى بخار ملحوظة تصل إلى . يحمل هذا التقدم إمكانيات كبيرة لتوليد الطاقة وتطبيقات تحلية المياه بالطاقة الشمسية. بالإضافة إلى ذلك، أرجويلارينا وآخرون. تم استخدام جهاز اتصال غشاء الألياف المجوفة على نطاق تجريبي بنجاح تم تكبيره بمقدار إجمالي مساحة الغشاء) لاستعادة الزنك من حمض النقع المستعمل.

على الرغم من الأبحاث المخبرية الكبيرة والتسويق، فإن ضعف المقاومة الحرارية والكيميائية للأغشية البوليمرية يجعلها غير مناسبة للاستخدام في التطبيقات على نطاق واسع. أغشية السوائل الداعمة غير مستقرة بسبب تقلبات الضغط عبر الغشاء أو ذوبانية الطور العضوي في الطور المائي المحيط. إن ضعف التشتت وانخفاض الألفة الامتصاصية لأغشية أنابيب الكربون النانوية النقية في المحاليل المائية لا يسمح بالإنتاج على نطاق واسع لمركبات أنابيب الكربون العضوية وغير العضوية. بالإضافة إلى ذلك، فإن التوازن بين النفاذية والاختيارية يحد من الأغشية المركبة الرقيقة والأغشية البوليمرية المستقلة، التي تؤدي أداءً ضعيفًا في فصل ثاني أكسيد الكربون. لتحقيق هدف عمر واقعي قريب من لذا من المهم إنشاء مواد ذات استقرار محسّن، مثل الأغشية البوليمرية المقاومة للرطوبة بشكل كبير.

تُستخدم العديد من البوليمرات، بما في ذلك أسيتات السليلوز، والبولي سلفون، والبولي أميد، والبولي إيثير أميد، كطلاءات انتقائية على دعائم مسامية غير متكافئة في الوحدات المسطحة لإنشاء الغالبية العظمى من الأغشية المستخدمة في التطبيقات الصناعية على نطاق واسع. يتطلب تعزيز مقاومتها الميكانيكية من خلال الجمع مع بوليمرات أخرى أو من خلال دمج الجسيمات النانوية، مما يقيّد نمو الأغشية المعتمدة على البيولوجيا. علاوة على ذلك، تتمتع الأغشية المركبة بكثافات عالية وعمليات تصنيع معقدة، مما يتطلب عمليات إنتاج أكثر تطورًا ومعلومات حول الميزات الهيكلية لضمان تصنيع على نطاق واسع. تختلف متطلبات السرعة وظروف التجفيف لكل طبقة من اللف بسبب الخصائص المادية الفريدة وإجراءات الطلاء للأغشية متعددة الطبقات. ستحتاج متغيرات جديدة، مثل اهتزاز الغشاء والشحنات الكهروستاتيكية على سطح الغشاء، إلى أن تؤخذ بعين الاعتبار من أجل
الأفلام الحرة على نطاق واسع. تحتاج الفجوات بين نتائج البحث التي تم الحصول عليها على مستوى المختبر والمقياس التجاري إلى تقييم أهمية أداء الغشاء والنظام، حيث تفتقر العمليات الغشائية الحديثة نسبيًا حاليًا إلى معايير موثوقة لإعدادات النماذج الأولية. لتقليص الفجوة من المختبر إلى مستوى النموذج الأولي، يتم تشجيع تصنيع الأغشية على نطاق واسع وتقييم المواد الوظيفية الواعدة ومواد الركيزة التي تحافظ على الخصائص بنشاط.

يجب أن يتم توسيع الأغشية بتكلفة معقولة في مجالات مثل التكنولوجيا الحيوية، حيث تُستخدم عمليات الفصل متعددة الخطوات لإنتاج منتجات عالية النقاء وقيمة. عادةً ما تتطلب محطات معالجة الأغشية معدات متطورة وعمليات آلية عالية بالإضافة إلى موظفين مؤهلين، ويعني التوسع تكاليف استثمار أعلى وتكاليف التشغيل والصيانة (O&M). تعتمد تقنية الأغشية على الضغط الذي يوفر قوة النفاذ، لذا فإن فاتورة الطاقة هي واحدة من أهم المعايير في تحديد تكاليف التشغيل والصيانة. يتطلب تدهور أداء الغشاء بسبب انسداد الغشاء استبدالًا واسع النطاق لمعدات الغشاء، وهو تحدٍ قيم رئيسي لاستهلاك مواد الغشاء على نطاق واسع. يقتصر الاستخدام الواسع للأغشية في معالجة المياه على التكاليف الرأسمالية العالية، ودائمًا ما يكون من الصعب إنتاج تصميمات جديدة من المواد عالية الأداء على نطاق واسع بتكلفة منخفضة. تحد التكلفة العالية لإنتاج أغشية نانوية كربونية عالية الجودة وقابلة للتكرار (1.48 دولار في عام 2017) من توسيع نطاقها. هناك أيضًا تقارير عن تصنيع أغشية زيوسيت من نوع MFI على نطاق واسع بسعر 2700 دولار سيتطلب ذلك تصنيعًا جماعيًا لأغشية عالية الجودة بأسعار منخفضة لتصبح إمكانية مستقبلية. بينما من الصعب تقنيًا التنبؤ بالمدى الذي يمكن أن ينخفض فيه سعر السوق للأغشية، لا يزال هناك حاجة إلى جهود مستمرة لتمديد عمر الغشاء، مما يقلل من تكاليف الاستهلاك، وزيادة التدفق المحدد أثناء التشغيل الفعلي، مما يؤدي إلى توفير التكاليف. يمكن القيام بمزيد من العمل لإنشاء أغشية وظيفية غير مكلفة، تحل التوازن بين انتقائية النفاذية والمتانة، وتكون مناسبة للتطبيق المقصود.

تسمح أغشية تبادل الأيونات بتحويل المواد الكيميائية إلى طاقة كهربائية، لذا فإن استهلاك الطاقة العالي، والانتقائية الضعيفة، والمقاومة العالية ليست مواتية على النطاق الصناعي. يمكن أن تؤدي الجزيئات الصغيرة من إلى انسداد داخلي للغشاء، وقد قام لويز وآخرون بدراسة شاملة لتلوث الأغشية باستخدام أغشية تبادل الأيونات على نطاق النموذج الأولي، حيث كان انسداد الغشاء أيضًا عائقًا رئيسيًا يحد من توسيعه. قد يحدث انسداد الغشاء بسرعة بعد المعالجة المباشرة للجهد الخام من خلال الأغشية. لا تزال مشاكل الانسداد واحتياجات الطاقة العالية قضايا مهمة في العمليات المدفوعة بالضغط غير المتوازن؛ ومن ثم، من الضروري دراسة إجراءات المعالجة المسبقة الفعالة والميسورة التكلفة باستمرار بالإضافة إلى الأغشية المقاومة للانسداد المبتكرة. بالإضافة إلى ذلك، تؤدي أغشية غربال أيونات الليثيوم غير العضوية ذات الاستقرار العالي في استعادة الليثيوم، إلى انخفاض حاد في الضغط وفقدان الممتزات عند استخدام غربال أيونات الليثيوم المسحوق في عمليات الأعمدة.

لزيادة التدفق المحدد في التشغيل طويل الأمد، يجب إنشاء إجراءات أكثر تطورًا وذكاءً. يجب أخذ التغيرات الموسمية في ميل الانسداد بعين الاعتبار. ومع ذلك، لم يتم الاستفادة الكاملة من فعالية التنظيف الكيميائي في العمليات الفعلية.

ستحد اللوائح البيئية أيضًا من استخدام المذيبات الخطرة أو غير القابلة لإعادة التدوير لأن إنتاج الأفلام على نطاق واسع يتطلب الكثير من المذيبات. يمكن أن يؤدي الاستخدام الكبير للمواد الكيميائية إلى ملوثات ثانوية وزيادة في نفقات التشغيل، وكلاهما يمكن أن يقلل من عمر الغشاء. تتطلب تعقيدات تلوث الأغشية تطوير منظفات وتقنيات تنظيف أكثر فعالية. بناءً فقط على تعقيد تلوث الأغشية، يجب إنشاء حلول تنظيف أكثر فعالية وإجراءات تنظيف. تشمل التقنيات الفعالة لمنع تلوث الأغشية التنظيف الفيزيائي والكيميائي الروتيني، والمعالجة المسبقة بالماء، وإضافة المواد الكيميائية. تدعم هذه التقنيات التشغيل طويل الأمد للأغشية. علاوة على ذلك، لجعل عملية الغشاء عملية تقنية ومالية عملية للاستخدام في معالجة مياه الصرف الصحي، يجب تطوير تقنيات فعالة لمنع الانسداد upstream من عملية الغشاء.

باختصار، تحتاج التطبيقات على نطاق واسع لعمليات فصل الأغشية إلى مراعاة تأثير الأغشية الموسعة على أداء الغشاء وعمره في معالجة الملوثات على المدى الطويل. ويعني التوسع أنه يجب إنتاج المزيد من المواد الغشائية عالية الجودة، ويجب أن يكون التركيز على تقليل تكاليف تصنيع الأغشية لصالح الاستخدام على نطاق واسع. يعد تلوث الأغشية مصدر قلق رئيسي في توسيع نطاق فصل الأغشية، ويتطلب تنظيف الانسداد على الأغشية أنظمة أكثر ذكاءً للتعامل مع النطاق الصناعي.

تمثل تقنية الأغشية نموذجًا تحويليًا في معالجة التحديات العالمية الملحة عبر مختلف الصناعات. إن قدرتها الملحوظة على فصل الملوثات المتنوعة بكفاءة، بما في ذلك المواد العضوية وغير العضوية والأدوية والمعادن الثقيلة، قد وضعتها كحل محوري لتحلية المياه، وتنقية الغاز، وإعادة تدوير النفايات. لقد تناولت هذه المراجعة الشاملة المبادئ الأساسية والآليات المعقدة والمزايا والقيود لتقنية الأغشية، مسلطة الضوء على دورها الحيوي في التخفيف من أزمة الطاقة الوشيكة وتعزيز الاستدامة. إن فهم المبادئ الأساسية التي تقوم عليها تقنية الأغشية أمر بالغ الأهمية لاستغلال إمكاناتها الكاملة. يشمل ذلك فهم هيكل الغشاء وآليات النقل وعوامل الأداء، والتي تعتبر جميعها حجر الزاوية لتكييف أنظمة الأغشية لتلبية احتياجات الفصل المحددة بشكل فعال. واحدة من أكثر ميزات تقنية الأغشية استثنائية هي كفاءتها الطاقية الفطرية، مما يميزها عن طرق الفصل التقليدية. توضح الأمثلة البارزة في تحلية المياه وفصل الغاز التوفير الكبير في الطاقة الذي تم تحقيقه من خلال العمليات المعتمدة على الأغشية. لا تساهم هذه الميزة الفطرية فقط في توفير كبير في التكاليف، ولكنها تتماشى أيضًا مع أهداف الاستدامة العالمية من خلال تقليل الانبعاثات المتعلقة بالطاقة. علاوة على ذلك، فإن دمج مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، مع الأنظمة المعتمدة على الأغشية يعزز الاستدامة ويقدم حلولًا صديقة للبيئة لتوريد الطاقة وتحلية المياه. يساهم اعتماد تقنية الأغشية الخضراء والممارسات الواعية بيئيًا أيضًا في كفاءة الطاقة داخل مشهد الأغشية. ومع ذلك، تعترف هذه المراجعة بصراحة بالقيود الفطرية لتقنية الأغشية. من بين هذه القيود
تظل مشكلة انسداد الأغشية المستمرة، والتي يمكن أن تؤدي إلى تدهور الأداء بمرور الوقت. يسعى الباحثون إلى ابتكار حلول للتحكم في الانسداد في التطبيقات على نطاق واسع، بهدف تحقيق أداء متسق. إن الانتقال من الأغشية المعتمدة على البترول إلى الأغشية الصديقة للبيئة يطرح تحديات مالية، مما يتطلب مقارنات اقتصادية صارمة لاتخاذ قرارات مستنيرة.

يعد مستقبل تكنولوجيا الأغشية واعدًا بالابتكار والالتزام بالاستدامة. بينما يتعامل الباحثون مع تحديات مثل التلوث، تظهر الأغشية من الجيل التالي التي تتضمن الجسيمات النانوية كفاءة طاقة محسّنة. تحمل الأغشية الضوئية القائمة على النانو مركبات مثل كلوريد البزموت وأكسيد الفضة وعدًا كبيرًا في تحلية المياه بكفاءة. يستمر السعي نحو بوليمرات آمنة وغير سامة وفعالة من حيث التكلفة لأفلام الأغشية في توسيع نطاق التطبيقات. في مختلف الصناعات، من الرعاية الصحية والأدوية إلى شفاء الجروح والعمليات الكيميائية، تقدم تكنولوجيا الأغشية مجموعة واسعة من الإمكانيات. تسهل الأغشية المؤكسدة تبادل الغاز في تكنولوجيا الرئة الاصطناعية، وتعزز أغشية غسيل الكلى المتوافقة حيويًا رعاية المرضى، وتلعب أجهزة الاستشعار الحيوية للأغشية دورًا حاسمًا في توصيل الأدوية واكتشاف الأمراض. ومع ذلك، مع توسيع نطاق تكنولوجيا الأغشية لتطبيقات واسعة النطاق، تواجه تحديات كبيرة تتطلب الحلول من أجل التنفيذ العملي والفعال من حيث التكلفة. إن المرونة المحدودة للأغشية البوليمرية، خاصة في فصل المنتجات عالية النقاء، تستدعي تطوير مواد أكثر قوة. إن إنشاء معايير موثوقة لعمليات الأغشية أمر ضروري حيث ينتقل البحث من المختبر إلى إعدادات النماذج الأولية. علاوة على ذلك، يتطلب معالجة التكاليف الرأسمالية العالية المرتبطة باستخدام الأغشية على نطاق واسع، خاصة في معالجة المياه، تقنيات إنتاج فعالة من حيث التكلفة، وزيادة عمر الأغشية، وزيادة التدفق النوعي. بشكل عام، تشمل مزايا تكنولوجيا الأغشية كفاءة الطاقة، والانتقائية، والتوافق البيئي. ومع ذلك، لا تزال هناك قيود مثل التلوث والفعالية من حيث التكلفة. يعزز التكامل مع مصادر الطاقة المتجددة، وابتكار المواد، والتحسين المدفوع بالذكاء الاصطناعي إمكانياتها. بينما نتنقل عبر هذه التحديات، تعد تكنولوجيا الأغشية بعالم مستدام ومتقدم تكنولوجيًا.

ساهم A.I.O. و Z.C. و A.M.E. و M.F. بالتساوي في هذا العمل. يتمنى A.I.O. أن يعبر عن شكره لدعم مشروع مركز بريدن (رقم المشروع VA5048)، الذي تم منحه من قبل برنامج INTERREG VA التابع للاتحاد الأوروبي، والذي تديره هيئة البرامج الخاصة بالاتحاد الأوروبي (SEUPB)، مع تمويل متطابق مقدم من وزارة الاقتصاد في أيرلندا الشمالية ووزارة الأعمال والمشاريع والابتكار في جمهورية أيرلندا.

يعلن المؤلفون عدم وجود أي تضارب في المصالح.

ابتكارات الأغشية المستقبلية، توفير الطاقة بواسطة الأغشية، انسداد الأغشية، ترسب الأملاح على الأغشية، تقنيات الأغشية، آليات الفصل
www.advancedsciencenews.com

تاريخ الاستلام: 16 يناير 2024 تاريخ المراجعة: 27 يناير 2024 نشر على الإنترنت:
[1] م. فرغالي، أ. إ. عثمان، إ. م. أ. محمد، ز. تشين، ل. تشين، إ. إهارا، ب.-س. ياب، د. و. روني، رسائل الكيمياء البيئية 2023، 21، 2003.
[2] أ. سلامرشاك، ج. كالياس، د. و. أونيل، نات. كوميونيك. 2022، 13، 6932.
[3] أ. إ. عثمان، ل. تشين، م. يانغ، ج. ميسغوا، م. فرغالي، س. فوزي، د. و. روني، ب.-س. ياب، رسائل الكيمياء البيئية 2023، 21، 741.
[4] أ) م. باسيتشنيك، ب. ستانوفسكي، ب. بوليجايف، ب. زاتش، م. شيتس، م. بوباك، ج. سي. يانسن، م. بريبيل، ج. إ. بارا، ك. فريز، ج. هافليكا، د. ل. جين، ر. د. نوبل، ب. إيزاك، تكنولوجيا تنقية المياه، 2023، 323، 124436؛ ب) أ. كنيبل، ج. كارو، نات. نانو تكنولوجي، 2022، 17، 911.
[5] أ) ف. سوياكوا، هـ. وين، د. لياو، ج. ليو، ج. ميمبر. ساي. 2022، 659، 120773؛ ب) س. ليو، ج. تشو، ج. تشينغ، إكس. وانغ، ج. ليو، و. جين، فصل. تنقية. تكنولوجيا. 2022، 299، 121729.
[6] X. Qian, M. Ostwal, A. Asatekin, G. M. Geise, Z. P. Smith, W. A. Phillip, R. P. Lively, J. R. McCutcheon, J. Membr. Sci. 2022, 645, 120041.
[7] أ) س. ب. بيرا، م. جودهانيا، ج. كوثاري، ج. ميكروبيول. أساسي. 2022، 62، 245؛ ب) س. ب. خان، س. إيرفان، س. س. لام، إكس. صن، س. تشين، ج. هندسة عمليات المياه. 2022، 49، 102958.
[8] أ) و. شيا، ت. لي، أ. تيرافيري، إ. دريولي، أ. فيغولي، ج. سي. كريتيندن، ب. ليو، الكيمياء والهندسة المستدامة ACS 2020، 9، 50؛ ب) ج. هـ. أبو ربيعة، ت. بوسباساري، ك.-ف. بينيمان، علوم الأغشية ج. 2020، 596، 117615.
[9] ر. شارما، ن. فيرما، ي. لوغاني، س. كومار، م. أسدنيا، عملية خضراء مستدامة للهندسة الكيميائية والبيئية والعلوم، إلسفير، أمستردام، هولندا، 2021، الصفحات 1-48.
[10] أ) سي. تيواري، جي. تاتاري، إس. كومار، م. باتاك، ك. س. راوَت، ي. ن. كيم، ب. ساهَا، ي. سي. جونغ، ب. موكوبادياي، ن. ج. ساهو، تحلية المياه 2023، 567، 116952؛ ب) إكس. هو، جي. قوه، أ. ك. ج. آن، إس. إس. تشوبرا، أبحاث المياه 2023، 243، 120376؛ ج) إس. ف. أحمد، ف. مهجبين، أ. مومتاين، ن. تسنوم، ن. ت. فارية، م. موفيجور، أ. ت. هوانغ، د.-ف. ن. فو، ت. م. إ. مهليا، كيموسفير 2022، 306، 135527.
[11] أ) أ. سمير، ف. ح. عاشور، أ. أ. أ. حكيم، م. بسيوني، npj Mater. Degrad. 2022، 6، 68؛ ب) ج. موكيرجي، د. فارغيس، ج. س. كريشنا، ت. بوميناثان، ر. راكيش كومار، س. دينيش كومار، ج. ف. س. برهماناندا راو، أ. سيفاراماكريشنا، Eur. Polym. J. 2023، 192، 112068.
[12] ي. هان، ز. شو، ج. قاو، مواد متقدمة ذات وظائف. 2013، 23، 3693.
[13] إكس. وي، ك. ت. ساندرز، أ. إ. تشايلدريس، تحلية المياه 2021، 520، 115316.
[14] د. أتارد، م. جاين، ب. ك. سينغ، س. ك. غوبتا، تحلية المياه 2017، 413، 86.
[15] ف. لي، ج. فانغ، و. ليو، ل. يانغ، ب. قوه، س. تشانغ، ج. علوم الأغشية 2021، 631، 119317.
[16] ف. إ. أحمد، ر. هاشيكة، ن. هلال، تحلية المياه 2020، 495، 114659.
[17] إكس. وانغ، واي. وانغ، جي. وانغ، إس. شو، واي. وانغ، إس. وانغ، تحلية المياه 2010، 254، 170.
[18] سي. بي. كوتسوس، إي. إم. كريتيكوس، أ. ج. كارابيلاس، م. كوستوغلو، تحلية المياه 2020، 476، 114213.
[19] أ. أ. السرايعة، م. أ. العبيدي، أ. م. الحروب، ر. باتيل، إ. م. مجتبي، ج. إنتاج أنظف. 2020، 248، 119220.
[20] ت. م. منصور، ت. م. إسماعيل، ك. رمزي، م. عبد السلام، مجلة الإسكندرية للهندسة. 2020، 59، 3741.
[21] م. أ. جميل، ب. أ. قريشي، س. م. زبير، تحلية المياه 2017، 401، 88.
[22] ك. ليو، ج. دينغ، ف. يي، تحلية المياه 2019، 449، 101.
[23] ف. لو، س. نيي، ف. ين، و. لو، هـ. جي، ز. ما، إكس. كونغ، تحلية المياه 2022، 523، 115408.
[24] م. فرغالي، أ. إ. عثمان، ز. تشين، أ. عبدالحليم، إ. إهارا، إ. م. أ. محمد، ب.-س. ياب، د. و. روني، رسائل الكيمياء البيئية 2023، 21، 1381.
[25] أ. م. التمالي، إ. علي، م. بومزا، س. موليونو، م. ياسين، المجلة العربية للعلوم والهندسة 2021، 46، 9879.
[26] ب. وو، أ. مالكي، ف. بورفايز، م. أ. روزن، طاقة شمسية 2018، 163، 91.
[27] أ. جيوا، س. و. حسن، تحلية المياه 2018، 435، 152.
[28] ف. إ. أحمد، ر. هاشيكة، ن. هلال، تحلية المياه 2019، 453، 54.
[29] ب. س. ريتشي، ب. سكيبينسكي، ك. كوتش، س. مانسيل، س. ك. سيلستينو، إ. ل. س. كونها، م. ر. سيلفا، س. ب. ألفيم، س. ف. فارية، ل. هـ. أندرادي، تحلية المياه 2019، 468، 114082.
[30] أ) إ. ر. رادو، س. إ. فويكو، ف. ك. ثاكور، بوليمرات 2023، 15، 619؛ ب) س. دارمالينغام، ف. كوجاراجه، ف. إلومالاي، في خلايا الوقود PEM (تحرير: ج. كاور) إلسفير، أمستردام، 2022، الصفحات 25-53.
[31] أ) I. أراناز، A. R. ألكانتارا، M. C. سيفيرا، C. أرياس، B. إيلورزا، A. هيراس كاباليرو، N. أكوستا، بوليمرات 2021، 13، 3256؛ ب) N. شاري، S. K. كامارودين، J. مصادر الطاقة 2015، 289، 71.
[32] س. د. ب. كابيلو، ن. أ. أوتشوا، إ. أ. تاكارا، س. مولا، ف. كومبان، كربوهيدرات. بوليم. 2017، 157، 1759.
[33] س. لو، ج. أ. بيرغيس، ز. هي، إ. ب. يونغ، أبحاث الطحالب. 2017، 24، 527.
[34] سي. إتش. لي، ن. تيربيش، س. إل. هولدر، س. آر. بوبوري، ل. ب. نالوري، ج. بوليم. ريس. 2019، 26، 285.
[35] أ. أ. أولاييوولا سراج الدين، م. س. محمد أنور، ك. أ. إيشاك، هـ. يوسف، ر. سوبارامانيام، ج. منتج أنظف. 2021، 278، 123449.
[36] ب. ر. ياشيكا، أ. سارفانان، ب. س. كومار، ب. ثاماراي، ج. رانغاسامي، المجلة الدولية لطاقة الهيدروجين 2023، 799.
[37] ر. كومار، أ. ك. غوش، ب. بال، العلوم. البيئة الكلية. 2020، 698، 134169.
[38] ي. إ. سونغ، م. م. الدالاتوني، ج. كيم، م. ب. كورادي، ب.-هـ. جيون، ج. ر. كيم، المجلة الدولية لطاقة الهيدروجين 2019، 44، 2372.
[39] ف. ندايسينغا، ز. يو، ي. يو، س.-هـ. لاي، د. زو، تكنولوجيا الموارد الحيوية 2018، 270، 286.
[40] م. كريستوردانا، هـ. هاديانتو، س. أ. موتو، س. سودارنو، ك. هارياني، الكتلة الحيوية والطاقة الحيوية 2020، 139، 105617.
[41] هـ. هاديانتو، م. كريستواردانا، و. ز. براتيوي، ب. بوروانتو، س. سودارنو، ك. هارياني، أ. ت. هوانغ، كيموسفير 2022، 287، 132275.
[42] سي. جي. إيغنسبيرغر، م. جياغنوريو، م. سي. هولاند، ك. م. دوبوز، ج. د. شيفمان، أ. تيرافيري، ك. ر. زودرو، رسائل علوم البيئة والتكنولوجيا 2020، 7، 213.
[43] ي. هو، ج. دو، ج. زو، هـ. لو، س. ليانغ، ي. جين، ن. تشاو، ج. شو، ج. ميمبر. ساي. 2019، 591، 117312.
[44] س. ب. نونيس، ب. ز. كولفاز-إيميسن، ج. ز. رامون، ت. فيسر، ج. هـ. كوبر، و. جين، م. أولبريشت، ج. ميمبر. ساي. 2020، 598، 117761.
[45] ت. فوجيوكا، هـ. كوداماتاني، و. يوجوي، ك. د. يو، إ. ر. وانجايا، هـ. يوان، م. فانغ، س. أ. سنايدر، مجلة علوم الأغشية 2020، 595، 117577.
[46] ب. س. جوه، ن. أ. أحمد، ت. و. وونغ، ل. ت. يوجاراثينام، أ. ف. إسماعيل، كيموسفير 2022، 307، 136018.
[47] أ) ل. غوسوامي، ر. فينوت كومار، س. ن. بورا، ن. أرول مانكندان، ك. باكشيراجان، ج. بوجازينثي، ج. هندسة عمليات المياه 2018، 26، 314؛ ب) ن. مورين-كريني، إ. ليختفوس، م. فورمونتين، أ. ر. ل. ريبيرو، ج. نوتسوبولوس، ف. مابيللي، إ. فينيفيزي، م. ج. أ. فييرا، ل. أ. بيكوس-كوراليس، ج. س. مورينو-بيراجان، ل. جيرالدو، ت. سوهجدا، م. م. هوك، ج. سلطاني، ج. توري، م. ماغوريانو، ج. برادو، ج. كريني، رسائل الكيمياء البيئية 2022، 20، 1333.
[48] ب. ل. مكارتي، علوم البيئة والتكنولوجيا 2018، 52، 3835.
[49] م. هاركلود، أ. دودى، أ. براور، ب. فيلا، ج. هو، ب. ج. إيفانز، ج. إدارة البيئة. 2020، 269، 110720.
[50] س. عريفي-أوسكوي، أ. خاتئي، م. سفرپور، ي. أروجي، ف. وطنبور، أولتراساوند. سونوكيمي. 2019، 58، 104633.
[51] ج. تشانغ، ك. شياو، ز. ليو، ت. قاو، س. ليانغ، إكس. هوانغ، الهندسة 2021، 7، 868.
[52] د. ياداف، س. كاركي، ب. ج. إنغول، ج. هندسة الكيمياء البيئية 2022، 10، 108109.
[53] س.-ل. قاو، ز.-إكس. تشين، ب.-ف. وانغ، ج. هوانغ، ز.-ل. شو، ي.-ج. تانغ، تحلية المياه 2024، 572، 117142.
[54] م. ك. وافي، ن. حسين، ع. الشريفي عبد الله، م. د. الفار، ن. أ. الحجاج، ك. ف. الزونيكة، SN Appl. Sci. 2019، 1، 751.
[55] أ. إيجيا-كورباخو لوبيرا، س. غوتيريز رويز، ج. م. كويروجا ألونزو، ج. هندسة عمليات المياه. 2019، 29، 100800.
[56] ف. ألبيرغامو، ب. بلانكرت، إ. ر. كورنيليس، ب. هوفس، و.-ج. كنيبي، و. فان دير مير، ب. دي فوك، مياه البحث. 2019، 148، 535.
[57] أ) ج. سيفالوس-ميندوزا، ج. ج. أماريم، ج. م. رودريغيز-دياز، م. د. س. ب. س. م. مونتينيغرو، أغشية 2022، 12، 570؛ ب) س. كيم، ك. هـ. تشو، ي. أ. ج. الحماداني، ج. م. بارك، م. جانغ، د.-هـ. كيم، م. يو، ج. هيو، ي. يون، كيمياء. إنج. ج. 2018، 335، 896.
[58] هـ. س. دوونغ، ت. م. فام، س. ت. لوونغ، ك. ف. نغوين، د. ت. نغوين، أ. ج. أنصاري، ل. د. نغيم، علوم البيئة. بحث تلوث. 2019، 26، 23407.
[59] أ. شاهين، س. البادي، ب. زومان، ح. طاهر، ف. بنات، ف. المرزوقي، مجلة الهندسة الكيميائية 2022، 431، 133909.
[60] ن. ربيعي، ر. شارما، س. فورغينزهاد، م. جويانده، م. أسدنيا، م. ربيعي، أ. أخوان، إ. سي. ليما، ك. فورميلا، م. أشرفيزاده، ز. فلاح، م. حسن بور، أ. محمدي، م. ر. ساب، البحث البيئي 2023، 231، 116133.
[61] ي. لان، ب. بنغ، ج. علوم البوليمرات التطبيقية 2019، 136، 46912.
[62] أ. مساهل، ف. جاليانو، م. بيلوني، ف. روسو، أ. حفيان، ر. كاسترو-مونيز، ف. ب. كومار، أ. غيدن، ج. إنناس، ز. إ. بورات، أغشية 2021، 11، 65.
[63] ي. سونغ، ج. زو، س. ما، إنرجي كيم 2022، 4، 100079.
[64] هـ. لو، ج. وانغ، ج. تشين، ر. جي، و. لينغ، ب. دونغ، ج. هوانغ، ي. قاو، كيم. كوم. 2015، 51، 15562.
[65] ي. وانغ، ج. لي، ق. يانغ، ج. تشونغ، مواد واجهات ACS التطبيقية 2016، 8، 8694.
[66] ج. فو، س. داس، ج. شينغ، ت. بن، ف. فالتشيف، س. كيو، ج. أم. كيم. سوس. 2016، 138، 7673.
[67] س. داس، ت. بن، س. كيو، ف. فالتشيف، مواد واجهات ACS التطبيقية 2020، 12، 52899.
[68] هـ. فان، م. بينغ، إ. شتراوس، أ. موندستوك، هـ. منغ، ج. كارو، نات. كوميونيك. 2021، 12، 38.
[69] هـ. فان، أ. موندستوك، أ. فيلدهوف، أ. كنيبل، ج. غو، هـ. منغ، ج. كارو، ج. أم. كيم. سوس. 2018، 140، 10094.
[70] ب. ب. بيسوال، س. هـ. كونجاتو، ت. كاور، ر. بانيرجي، أ. ك. خارول، تكنولوجيا الفصل في سبتمبر 2018، 53، 1752.
[71] X. ليانغ، H. وو، H. هوانغ، X. وانغ، M. وانغ، H. دو، G. هي، Y. رين، Y. ليو، Y. وو، J. مواد. كيمياء A 2022، 10، 5420.
[72] ف. سليم، أ. خان، س. أحمد، ر. ر. كاري، ن. م. مبارك، أ. س. جاتوي، م. خالد، ي. هـ. تان، ن. أ. خان، 14 – أغشية النانوفيلتر لمعالجة مياه الصرف الصحي والتطبيقات البيوتكنولوجية، إلسفير إنك. 2023https://doi.org/10.1016/B978-0-323-98371-6.00001-X.
[73] هـ. موركر، ب. سايني، أ. دي، مواد اليوم: الإجراءات 2022، 77، 314.
[74] م. أبراهام، و. دينغ، ج. مكغفين-كاولي، موسوعة التقنيات المستدامة، إلسفير، كامبريدج 2017.
[75] د. ديمتر، إ. أولر، أ. م. أمت، س. مالاتو، مجلة الهندسة الكيميائية. متقدم. 2022، 11، 100298.
[76] إ. أ. إيزوغبي، س. راثيلال، أغشية 2020، 10، 89.
[77] ك. س. علم، م. فاطمة-توج-جوهرة، ج. م. أ. خان، ج. كيمياء البيئة والهندسة 2021، 9، 106401.
[78] ب. إركوك، ف. أولوجان-كارناك، بروثيسيس 2021، 3، 25.
[79] أ) ت. جين، م. بيدايش، ر. ميزينغا، البيئة الدولية 2021، 157، 106876؛ ب) ب. إ. بليك، س. م. بيني، إ. ب. هاينز، س. إ. فينتون، ك. ك. فيرغسون، تلوث البيئة 2018، 242، 894.
[80] أ. سونون، ر. غاتي، تحلية المياه 2004، 167، 55.
[81] أ) ن. عبد الله، ن. يوسف، و. ج. لاو، ج. جعفر، أ. ف. إسماعيل، ج. هندسة الصناعات الكيميائية 2019، 76، 17؛ ب) ز. ماي، المدرسة المركزية باريس، باريس 2013.
[82] ك. هيرنانديز، س. مورو، ر. إ. أورتيغا، س. فيلازكويز، ف. ريرا، تكنولوجيا البيئة 2021، 42، 775.
[83] ت.-ي. كيم، ج. إ. درويس، ر. سكوت سامرز، ج. ل. إيمي، مياه ريس. 2007، 41، 3977.
[84] ي. غونزاليس-هيرنانديز، أ. ج. هاوريغوي-هازا، ج. ميمبر. ساي. 2021، 624، 119053.
[85] ب. وو، العلوم. البيئة الكلية 2019، 656، 184.
[86] ن. خومالو، ل. نثونيا، س. ديريس، م. موتسا، أ. فيرليفت، أ. كوفاريغا، ب. ب. مامبا، س. مهلانغا، د. س. دلاميني، تكنولوجيا تنقية المياه، 2019، 211، 610.
[87] ف. جيا، ج. لي، ج. وانغ، آن. نوكل. إنرجي 2017، 110، 1148.
[88] هـ. تشو، ي. تشوي، س. لي، تحلية المياه 2018، 437، 195.
[89] ي. قاو، ز. فنج، ب. ليانغ، خ. هوانغ، تكنولوجيا الموارد الحيوية. 2018، 247، 730.
[90] أ. ي. باجاستيو، أ. د. أنغرايني، س. س. نينديتا، وارماديوانثي، البحث البيئي المستدام 2017، 27، 230.
[91] ز.ل. يي، ك. غيسلبرخت، أ. مونسالي، ل. بينوي، ب. ميسشارت، مياه ريس. 2019، 160، 424.
[92] م. ب. فانوتي، م. س. غارسيا-غونزاليس، ب. مولينيفو-ساليس، ب. ريانيو، أغشية 2019، 10، 270.
[93] أ) ح. رياست حرامي، أ. داشتي، ب. غهراماني بيرسلامي، س. ك. باتيا، أ. ف. إسماعيل، ب. س. جوه، إند. إنج. كيم. ريس. 2020، 59، 16772؛ ب) أ. إيديا، د. هو، ج. م. خور، ز. رين، ج. تيستر، ر. بوسمانيك، أ. غروس، د. جاسيبي، إنف. ساي. : نانو 2020، 7، 1759؛ ج) ل. هي، ي. وانغ، ت. تشو، ي. تشاو، كيم. إنج. ج. 2020، 400، 125338؛ د) ج. نورياجا-هيفيا، ج. سيرالطا، ل. بوراس، أ. سيكو، ج. فيرير، ج. إنف. كيم. إنج. 2020، 8، 103880؛ هـ) م. يونس، ت. طاهر، ج. وو، س. فاروق، ق. سهيب، أ. محمد، م. ريزاكازيمي، ج. لي، ج. CO2 يوتيل. 2020، 40، 101266؛ و) ب. شو، ز. هي، ووتر إنف. ريس. 2021، 93، 1619.
[94] C. Zhang, W. Zhang, Y. Wang, الأغشية، 2020، 10، 169.
[95] ف. كيو، هـ. ليانغ، ج. تشو، ج. نان، س. شاو، ج. تشانغ، ج. لي، ج. ميمبر. ساي. 2014، 449، 58.
[96] أ) ن. وانغ، إكس. لي، واي. يانغ، زي. تشو، واي. شانغ، إكس. زوانغ، ج. كلينر برود. 2020، 265، 121790؛ ب) هـ. وانغ، م. بارك، هـ. ليانغ، س. وو، إ. ج. لوبيز، و. جي، ج. لي، س. أ. سنايدر، وايتر ريس. 2017، 125، 42.
[97] ف. خانديجار، أ. ك. ساروه، إدارة البيئة. 2013، 128، 949.
[98] ل. ليو، إكس.-ب. لو، ل. دينغ، س.-ل. لو، في المواد النانوية لإزالة الملوثات وإعادة استخدام الموارد (محرران: إكس. لو، ف. دينغ)، إلسفير، أكسفورد، 2019، الصفحات 83-147.
[99] و.-ج. لاو، أ. ف. إسماعيل، تحلية المياه 2009، 245، 321.
[100] ب. مي، م. إليمليك، ج. علوم الأغشية. 2010، 348، 337.
[101] ي. لياو، أ. بوخاري، إ. مالكي، ب. لياو، تكنولوجيا الموارد الحيوية. 2018، 264، 343.
[102] أ. درو، ج. علوم الأغشية. 2010، 363، 1.
[103] ج. س. فروفينفيلدر، ج. أ. م. فان باسين، ل. ب. ويسلز، أ. ف. فان دام، س. م. باكر، ج. ميمبر. ساي. 2006، 281، 316.
[104] ر. فالاداريس ليناريس، ل. فورتونات، ن. م. فرحات، س. س. باكس، م. ستال، إ. أ. فريدجونسن، م. ل. جونز، ج. س. فروفينفيلدر، ت. ليكنس، معالجة المياه المالحة. 2016، 57، 22894.
[105] ن. توغو، ك. ناكاجاوا، ت. شينتاني، ت. يوشيوكا، ت. تاكاهاشي، إ. كاميو، هـ. ماتسوياما، أبحاث الهندسة الكيميائية الصناعية 2019، 58، 6721.
[106] ن. ح. عثمان، ن. ح. علياس، ن. س. فوزيل، ف. مارباني، م. ز. شهردين، س. م. تشيو، ك. م. د. نغ، و. ج. لاو، أ. ف. إسماعيل، أغشية 2022، 12، 30.
[107] ي. شي، ز. تشانغ، م. تشانغ، ج. دينغ، ب. تشاو، ل. وانغ، هـ. تشانغ، تكنولوجيا تنقية سبتمبر 2021، 259، 118151.
[108] أ) هـ. يو، إكس. لي، هـ. تشانغ، ز. زو، ت. تشانغ، ي. يانغ، ج. لي، هـ. جي، س. كاي، هـ. ليانغ، ج. ميمبر. ساي. 2020، 613، 118469؛ ب) ج. فان، ز. لي، ز. يان، ز. وي، ي. شياو، س. تشين، هـ. شانغغوان، هـ. لين، هـ. تشانغ، ج. ووتر بروسس إنج. 2020، 38، 101547.
[109] سي. إم. تشيو، إم. ك. أروى، إم. أ. حسين، مجلة الهندسة الكيميائية الصناعية 2017، 45، 145.
[110] ي. قاو، ي. زانغ، م. دوديك، ج. كوين، ج. أوي، س. و. أوسترهوس، ج. هندسة الكيمياء البيئية 2021، 9، 104839.
[111] أ. ك. شلماني، إ. م. أ. الشربيني، س. بانغليش، تكنولوجيا تنقية الفصل، 2020، 251، 117345.
[112] ي. وانغ، سياسة استخدام الأراضي 2020، 90، 104307.
[113] في. إس. سوزا، م. ر. تيكسيرا، تكنولوجيا تنقية سبتمبر 2020، 248، 117047.
[114] سي. إم. تشيو، إم. ك. أروعا، إم. أ. حسين، و. م. ز. و. إسماعيل، مجلة المنتجات النظيفة 2016، 112، 3152.
[115] ف. هـ. دي سوزا، ب. ب. روكر، د. د. سيلفيرا، م. ل. سينس، ل. س. كامبوس، أبحاث المياه 2021، 189، 116581.
[116] أ. ت. يورهيمن، ر. أ. حمزة، ج. هـ. تاي، تكنولوجيا الموارد الحيوية. 2017، 240، 9.
[117] ن. بينغ، ن. ويدجو، ب. سوكيتبانينيت، م. م. تيوه، ج. ج. ليبسكومب، ت.-س. تشونغ، ج.-ي. لاي، بروغ. بوليم. ساي. 2012، 37، 1401.
[118] م. باقري، أ. أكبر، س. أ. ميرباقري، سلامة العمليات وحماية البيئة 2019، 123، 229.
[119] أ. أحمد، س. ح. محمد سيتابار، ج. س. تشيونغ، أ. خاتون، و. أ. واني، ر. كومار، م. رافات الله، RSC Adv. 2015، 5، 30801.
[120] ك. كيمورا، ي. أوكي، أبحاث المياه. 2017، 115، 172.
[121] أ) ج. علم، إ. إحسان الله، م. نوشاد، م. سيلاينبا، مجلة هندسة الكيمياء 2022، 427، 130011؛ ب) ب. فنج، ج. يو، ز. تشين، أ. إ. عثمان، م. فرغالي، إ. إ. حمزة، د. و. روني، ب.-س. ياب، رسائل الكيمياء البيئية 2023، 21، 1959.
[122] ن. د. فيت، س.-ج. إيم، س.-م. كيم، أ. جانغ، كيموسفير 2021، 272، 129872.
[123] س. أ. بروك، أ. ديجن، أ. د. ماكيريل جونيور، ب. دوتاجاسي، م. فيغ، ج. كيم. إنف. موديل. 2019، 59، 1147.
[124] س. س. هـ. ييو، ق. شيا، إكس. وانغ، س. تشانغ، ج. علوم الأغشية 2020، 606، 118135.
[125] هـ. ليو، ج. تشين، د. هيسيل، هـ. سو، الطاقة التطبيقية 2019، 237، 910.
[126] أ) ف. صالحی، س. م. أ. رضوی، معالجة المياه المالحة 2016، 57، 14369؛ ب) د. تورغروسّا، أ. ليوبولد، ف. هيرنانديز-سانشو، ج. هانسن، إدارة البيئة 2018، 223، 1061.
[127] C. Niu, X. Li, R. Dai, Z. Wang, Water Res. 2022, 216, 118299.
[128] س. بارك، س.-س. بايك، ج. بيو، ي. باتشيبسكي، ج. بارك، ك. هـ. تشو، ج. علوم الأغشية 2019، 587، 117164.
[129] أ. سريفاستافا، أ. ك، أ. ناير، س. رام، س. أغاروال، ج. علي، ر. سينغ، م. سي. غارغ، ج. إدارة البيئة. 2021، 278، 111497.
[130] ي. لي، ز. سونغ، ي. يوان، ق. تشانغ، هـ. تشو، تكنولوجيا الموارد الحيوية. 2020، 295، 122313.
[131] ب. ف. جيانتي، ف. أغوستينيو، ج. ج. سي. إيراس، ز. يانغ، س. م. ف. ب. ألميدا، ج. كلينر برود. 2020، 271، 122127.
[132] ف. لو، د. أستروك، مراجعات كيمياء التنسيق 2020، 408، 213180.
[133] س. كاماري، أ. شهبازي، كيموسفير 2020، 243، 125282.
[134] ب. موندال، م. ك. بوركيت، ج. منتجات أنظف. 2018، 170، 1111.
[135] ل. ن. نثونيا، ل. غوتيريز، أ. ر. فيرليفيد، س. د. مهلانغا، ج. كيم. تكنولوجي. بيولوجيا. 2019، 94، 2826.
[136] ل. ن. نثونيا، س. ديريس، ل. غوتيريز، أ. ر. فيرليفت، ب. ب. مامبا، ت. ج. بارنارد، س. د. مهلانغا، نيو ج. كيم. 2019، 43، 4168.
[137] أ. حميد، م. خان، أ. حيات، ج. رضا، أ. زادة، أ. الله، ف. رزيق، ت. لي، ف. حسين، سبكتروكيم. أكتا، الجزء أ 2020، 235، 118303.
[138] ي. س. خو، و. ج. لاو، ي. ي. ليانغ، م. كارامان، م. غورصوي، أ. ف. إسماعيل، ج. أدف. ريس. 2022، 36، 39.
[139] ر. أكبر زاده، ب. ج. ندوغو، أغشية، 2022، 12، 505.
[140] ل. شو، ي. بينغ، ر. ياو، هـ. سونغ، ج. تشو، و. يانغ، أنجيو. كيم.، إنت. إد. 2022، 61، e202117577.
[141] د. وو، س. يو، د. لوولس، إكس. فنغ، رياكت. فунк. بوليم. 2015، 86، 168.
[142] م. خاشيج، م. مختاري، أ. دلوفند، ف. حغيرالسادات، ح. فلاح زاده، م. حسين سلماني، ج. مول. ليك. 2022، 364، 119966.
[143] C. وانغ، ز. وانغ، ج. وانغ، مجلة الهندسة الكيميائية 2022، 437، 135380.
[144] إتش.-كيو. هو، واي.-إف. مي، إكس. يانغ، إتش.-إتش. لو، واي.-إل. جي، واي. زو، سي.-جي. قاو، مجلة علوم الأغشية 2023، 669، 121311.
[145] سي. زد. ليانغ، تي.-إس. تشونغ، جي.-واي. لاي، تقدم في علوم البوليمرات 2019، 97، 101141.
[146] م. أوستوجيتش، س. بركيć، م. تيشما، ب. زليتش، س. بودزكي، كيم. إند. 2020، 69، 175.
[147] م. ر. إصفهاني، س. أ. أكتجي، ز. داباغيان، م. د. فيروزجائي، أ. رحيمبور، ج. إيك، إ. س. إسكوبار، م. أ. أبو الحسن، ل. ف. غرينلي، أ. ر. إصفهاني، أ. سادماني، ن. كوتاه زاده، تكنولوجيا تنقية المياه، 2019، 213، 465.
[148] ز. يانغ، ب.-ف. صن، إكس. لي، ب. غان، ل. وانغ، إكس. سونغ، هـ.-د. بارك، س. ي. تانغ، علوم البيئة والتكنولوجيا 2020، 54، 15563.
[149] ب. ليانغ، إكس. هي، ج. هو، ل. لي، ز. تانغ، مواد متقدمة 2019، 31، 1806090.
[150] أ. م. سامسودين، م. بودنر، ف. هاكر، بوليمرات 2022، 14، 3565.
[151] د.-ت. تران، ج.-س. تشانغ، د.-ج. لي، الطاقة التطبيقية 2017، 185، 376.
[152] أ. ر. نبايس، أ. ب. س. مارتينس، ف. د. ألفيس، ج. ج. كريسپو، إ. م. ماروتشو، ل. س. تومي، ل. أ. نيفيس، تكنولوجيا تنقية الفصل، 2019، 222، 168.
[153] هـ. زانغ، ق. هي، ج. لو، ي. وان، س. ب. دارلينغ، مواد تطبيقية واجهات ACS 2020، 12، 39948.
[154] أ. ماتين، ف. رحمن، هـ. ز. شافي، س. م. زبائر، تحلية المياه 2019، 455، 135.
[155] ل. لاي، ل. ن. سيم، و. ب. كرانتز، ت. هـ. تشونغ، ج. ميمبر. ساي. 2020، 602، 117969.
[156] ج. وانغ، هـ. رين، إكس. لي، ج. لي، ل. دينغ، ج. قنغ، ك. شو، هـ. هوانغ، هـ. هو، مجلة الهندسة الكيميائية 2018، 334، 2134.
[157] س. ناكايا، أ. ياماموتو، ت. كاوانيشي، ن. تويا، هـ. مياكاوا، ك. تاكيشي، م. إندو، تحلية المياه 2021، 518، 115286.
[158] س. ج. إيم، ن. د. فيت، أ. جانغ، كيموسفير 2021، 275، 130047.
[159] ب. دينغ، ي. دينغ، م. ليو، ي. تشين، ق. وو، هـ. قوه، تكنولوجيا تنقية سبتمبر 2023، 313، 123326.
[160] ج. تشين، ر. داي، ز. وانغ، موارد. الحفاظ على الموارد. إعادة التدوير. 2023، 198، 107153.
[161] C. تيان، T. وانغ، H. هان، R. داي، Z. وانغ، علوم البيئة والتكنولوجيا 2022، 56، 12563.
[162] ي.-إكس. شين، ب. أ. سابو، إ. ت. ساينس، م. إرباكان، م. كومار، ج. ميمبر. ساي. 2014، 454، 359.
[163] م. تانغ، ج. قاو، س. ب. روييدا، هـ. يو، د. ن. ثيبودو، ت. أوانو، ك. م. إنجلستاد، م.-ج. سانشيز-كوينتيرو، هـ. يانغ، ف. لي، هـ. لي، ق. سو، ك. إ. شيتلر، ل. جونز، ر. سيو، ج. مككوناثي، إ. م. هيلمان، ج. ل. نوبلز، د. س. دي فيفو، أ. ر. مونايني، نات. كوميونيك. 2017، 8، 14152.
[164] جي. ليو، بي. زو، جي. ليو، إتش. تشاو، الاستدامة 2021، 13، 102.
[165] م. لي، ي. يانغ، ل. زو، ج. وانغ، ز. زينغ، ل. شيو، كوللويدز سورف، A 2022، 654، 130144.
[166] إكس. يانغ، ل. يان، ي. وو، ي. ليو، ل. شاو، ج. ميمبر. ساي. 2019، 589، 117223.
[167] و. تشين، ج. مو، إكس. دو، ز. تشانغ، و. تشانغ، أبحاث المياه. 2019، 151، 243.
[168] أ. علي، ر. أ. توفا، ف. ماكيدونيو، إ. كورتشيو، إ. دريولي، مراجعات الطاقة المتجددة المستدامة 2018، 81، 1.
[169] أ. زين، س. كراكي، م. الهندي، الطاقة المتجددة 2023، 208، 385.
[170] أ. أ. مونجيزي، ي. تشين، ر. فيبا، أ. إ. – هـ. ب. كاشيوت، ج. حسن، هـ. إ. – ب. فاث، أ. إ. – و. قاسم، م. ح. شهيد، تحلية المياه 2020، 495، 114679.
[171] ل. ليف، إكس. هان، ل. زونغ، م. لي، ج. يو، إكس. وو، س. لي، ACS نانو 2017، 11، 8178.
[172] ف. داس، س. بادمانابان، ك. فينكتوسامي، ر. سيلفاموثوكوماران، ف. بلاابجيرج، ب. سيانو، مراجعات الطاقة المتجددة المستدامة 2017، 73، 10.
[173] سي. لي، م. تشانغ، سي. سونغ، ب. تاو، م. صن، م. شاو، ت. وانغ، ج. AOAC Int. 2018، 101، 1341.
[174] ج. سيو، ي. م. كيم، س. هـ. تشاي، س. ج. ليم، هـ. بارك، ج. هـ. كيم، تحلية المياه 2019، 463، 40.
[175] ز. ل. تشينغ، إكس. لي، ت.-س. تشونغ، مجلة علوم الأغشية 2018، 559، 63.
[176] س. م. العارضي، ت. م. البياعي، ج. م. الربيعي، هندسة الكيمياء. عمليات. عمليات مكثفة. 2020، 157، 108113.
[177] ز. داي، ر. د. نوبل، د. ل. جين، إكس. زانغ، ل. دينغ، ج. ميمبر. ساي. 2016، 497، 1.
[178] و. ف. يونغ، هـ. زانغ، تقدم في علوم المواد 2021، 116، 100713.
[179] ج. بالانيسامي، هـ.-ي. جونغ، ت. سادهاسيفام، م. د. كوركوري، س. ج. كيم، س.-هـ. روه، ج. كلينر برود. 2019، 221، 598.
[180] ن. ف. م. خير الدين، أ. إدريس، ل. و. هوك، تكنولوجيا تنقية المياه، 2019، 212، 1.
[181] ق. تشنغ، ج. ج. أ. مارتن، س. إ. كينتيش، ج. تطبيقات الفيكولوجيا 2019، 31، 1615.
[182] ت. هي، س. يو، ج. هي، د. تشين، ج. لي، هـ. هو، إكس. تشونغ، ي. وانغ، ز. وانغ، ز. كوي، المجلة الصينية للهندسة الكيميائية 2022، 49، 46.
[183] إ. يي، هـ. س. كانغ، س. م. ليم، هـ. ج. هيو، د. هان، ج. ف. كيم، أ. بارك، د. هـ. تشوي، ي.-إي. بارك، هـ. بارك، ي. هـ. تشو، إ.-هـ. سون، ج. ميمبر. ساي. 2022، 648، 120363.
[184] ر. بيرن، د. بوند، مراجعة تسليم الأدوية المتقدمة 2017، 112، 12.
[185] ب. ت. دوى نغوين، هـ. ي. نغوين ثي، ب. ب. نغوين ثي، د.-ك. كانغ، ج. ف. كيم، أغشية 2021، 11، 239.
[186] أ. عبد الرزاق، هـ. ويستفالن، س. سعداتي، أ. شوكر، تقارير علمية 2021، 11، 23080.
[187] د. تشونغ، ز. وانغ، ج. تشو، ي. وانغ، ج. علوم الأغشية 2021، 618، 118690.
[188] أ. حيدر، أ. حسين، أ. ن. خان، ح. وحيد، بوليم. بول. 2018، 75، 1197.
[189] ج. جارفس، د. سيريني، ج. توفاري، ل. تاكاش، أ. غوتمان، جزيئات 2021، 26، 4845.
[190] و. لي، س. تشاو، ي. لي، ف. باي، ي. تنغ، إكس. لي، ل. لي، ج. وانغ، مجلة علوم الأغشية 2022، 642، 119964.
[191] م. إ. سانتوسيلدس-روميرو، ل. هادلي، ك. هـ. كليثرو، ج. هانسن، س. مردوخ، هـ. إ. كولي، م. هـ. ثورنهيل، ب. ف. هاتون، ACS Appl. Mater. Interfaces 2017، 9، 11557.
[192] د. هان، أ. ج. ستكل، مواد تطبيقية ACS. واجهات 2017، 9، 42653.
[193] إكس. تشانغ، س. يانغ، ر. جيانغ، ل. صن، س. بانغ، أ. لو، حساسات. مشغلات، ب 2018، 254، 1078.
[194] ك. ب. ديفيا، س. كيرثانا، ج. فيسواناثان، ن. بونبانديان، مايكروكيم. أكتا 2023، 190، 116.
[195] ك. آن، هـ. د. دوونغ، ج. آي. ري، علوم الحياة الهندسية 2017، 17، 847.
[196] إ. آي. تزياني، ج. هرباك، د. ك. كريستودولو، م. آي. برودرومايديس، حساسات. مشغلات، ب 2020، 304، 127356.
[197] أ. جاسم، م. و. الله، ز. شي، إكس. لين، ج. يانغ، كربوهيدرات. بوليم. 2017، 163، 62.
[198] ب. تشاو، م. خان، ي. ليو، و. تاي، ج. مو، و. وو، م. تشاو، ي. ما، ل. يو، ج.-م. لين، ق. هو، رسائل الكيمياء الصينية 2023، 108462.
[199] ج. ب. نيكوليلي، د. ب. نيكوليليس، ج. غ. سيونتورو، س. كارابيتيس، م.-ت. نيكوليليس، أجهزة استشعار حيوية 2018، 8، 61.
[200] م. شودهوري، هـ. س. بيندرا، ك. سينغ، أ. ك. سينغ، ر. ناياك، بوليم. أدف. تكنولوجي. 2022، 33، 1997.
[201] ي. تشانغ، د. تشاو، ف. يو، ج. يانغ، ج. لو، ي. ليو، ي. تشين، ز. وانغ، ب. تاو، و. شانغ، ج. وو، ج. سونغ، ت. دينغ، نانوسكيل 2017، 9، 19384.
[202] م. كوي، ج. وو، ج. وي، ز. وي، تكنولوجيا الطلاء السطحي. 2023، 463، 129497.
[203] ي. سي، ز. تشانغ، و. وو، ق. فو، ك. هوانغ، ن. نيتين، ب. دينغ، ج. صن، ساي. أدف. 2018، 4، eaar5931.
[204] ك. رسول، ك. أ. محمود، د. ج. جونسون، م. هلال، ج. ر. بيرديوروف، ي. جوجوتسي، ساي. ريب. 2017، 7، 1598.
[205] ز. لي، ب. تشو، ف. تشو، ي. تشاو، ل. رين، إكس. يوان، كوللويدز سيرف، ب 2018، 162، 335.
[206] س. سينغ، ن. شاولوف، ج. ب. شارما، ر. شيموني، ج. ج. أرنوش، ر. جيلينيك، ج. علوم واجهة المستحلب 2021، 592، 342.
[207] ج. ج. دي ليما، د. و. ف. دي ليما، م. ج. أ. دي أوليفيرا، أ. ب. لوغاو، م. ت. س. ألكانتارا، د. م. ديفين، م. ج. س. دي سا، مجلة المواد الحيوية التطبيقية ACS 2018، 1، 1842.
[208] إكس. يو، إكس. وو، واي. سي، إكس. وانغ، ج. يو، ب. دينغ، ماكرومول. رابد كوميونيكاشن. 2019، 40، 1800931.
[209] ي. يوي، إكس. غونغ، و. جياو، ي. لي، إكس. ين، ي. سي، ج. يو، ب. دينغ، ج. علوم واجهة المستحلب 2021، 592، 310.
[210] سي. كيمنا، س. تامبوراسي، ف. تيهمينلي أوغلو، ج. أبحاث المواد الحيوية الطبية. الجزء ب 2019، 107، 2057.
[211] ي. ما، ل. شين، هـ. تان، م. فان، ج. لي، ي. جيا، ز. لينغ، ي. تشين، إكس. هو، مواد. علوم. هندسة، ج. 2017، 81، 522.
[212] أ. فاطمة، س. ياسر، م. س. خان، س. مانان، م. و. الله، م. أول-إسلام، ج. موارد حيوية. منتجات حيوية. 2021، 6، 26.
[213] ب. باسu، أ. ناريندراكومار، ر. أروناشالام، س. ديفي، إ. مانجوبالا، ACS أوميغا 2018، 3، 12622.
[214] س. ب. ميغيل، ر. س. سيكيريا، أ. ف. مورييرا، س. د. كابرال، أ. ج. ميندونça، ب. فيريرا، إ. ج. كورييا، المجلة الأوروبية للصيدلة والبيولوجيا الصيدلانية 2019، 139، 1.
[215] س. ب. ميغيل، أ. ف. مورييرا، إ. ج. كورييا، المجلة الدولية للجزيئات الحيوية الكبيرة 2019، 127، 460.
[216] س. مواليك، ف. بوكه، س. س. ساجا، س. س، بوليمرات الكربوهيدرات 2018، 193، 28.
[217] أ) ج. قاو، س. جابيب، ت.-س. تشونغ، مجلة الهندسة الكيميائية 2018، 353، 689؛ ب) ي. زانغ، هـ. صن، هـ. سادام، ي. ليو، ل. شاو، مجلة الهندسة الكيميائية 2019، 371، 535.
[218] ف. م. سوكما، ب. ز. جلفاز-إيميسن، مجلة علوم الأغشية 2018، 545، 329.
[219] ي. س. شو، ي. ب. تانغ، ل. ف. ليو، ز. هـ. قوه، ل. شاو، ج. ميمبر. ساي. 2017، 526، 32.
[220] س. راسولي، ن. رضايي، ح. حامدي، س. زندهبودي، إكس. دوان، تصميم المواد 2021، 204، 109599.
[221] I. فويت، هـ. ريشتر، م. ستاهن، م. ويد، ب. بوهلفورث، ف. بريهن، ج. غونتر، تكنولوجيا تنقية سيف. 2019، 215، 329.
[222] ج. رين، ي. دينغ، ج. قونغ، ج. كيو، ر. نيو، مواد الطاقة والبيئة. 2023، 6، إل2376.
[223] أ. أرجويلا رينا، م. مارغالو، أ. أروتي-فرناندز، ج. بينيدو، ب. غوميز، أ. أورتياغا، أغشية 2020، 10، 444.
[224] ت. ت. ف. تران، ج. هـ. نغوين، و. – ج. لين، ر. – س. جوانغ، تكنولوجيا تنقية سبتمبر 2021، 277، 119615.
[225] إحسان الله، أ. م. العامر، ت. لاوي، أ. عباس، ن. العقيل، ف. باتيل، م. خريشة، م. أ. عتيه، ن. هلال، تصميم المواد 2016، 89، 549.
[226] ر. هو، ج. فونغ، ب. د. فريمان، م. ر. هيل، ز. شيا، تكنولوجيا تنقية سبتمبر 2022، 300، 121863.
[227] ف. جاليانو، ك. بريسينو، ت. مارينو، أ. مولينو، ك. ف. كريستنسن، أ. فيغولي، مجلة علوم الأغشية 2018، 564، 562.
[228] س. روسانالي، ر. أنانثارامان، ك. ليندكفيست، هـ. زهاي، إ. روبين، ج. علوم الأغشية 2016، 511، 250.
[229] ي. وانغ، هـ. هوانغ، إكس. وي، مجلة الهندسة الكيميائية 2018، 333، 66.
[230] ي. س. لين، م. س. ديوك، الرأي الحالي في هندسة الكيمياء 2013، 2، 209.
[231] أ. لويز، د. د. مككلور، ك. ليم، ج. ليسلي، هـ. ج. ل. كوستر، ج. و. بارتون، ج. م. كافانا، تحلية المياه 2017، 415، 20.
[232] ج. مياو، ك. تشاو، ف. قوه، ل. شو، ي. شيا، ت. دينغ، تحلية المياه 2022، 527، 115570.
[233] ز. جين، ف. منغ، هـ. قونغ، ج. وانغ، ك. وانغ، مجلة علوم الأغشية 2017، 529، 252.
[234] ك. كيمورا، د. هونوك، ت. ساتو، تكنولوجيا تنقية سبتمبر 2017، 181، 37.
[235] أ) ز. يانغ، ي. زو، ز. فنغ، إكس. روي، ت. تشانغ، ز. تشانغ، بوليمرات 2019، 11، 1252؛ ب) ن. ك. خانزادا، م. أ. فريد، ج. أ. خراز، ج. تشوي، س. ي. تانغ، ل. د. نغيم، أ. جانغ، أ. ك. آن، ج. ميمبر. ساي. 2020، 598، 117672.
[236] ج. رادجينوفيتش، م. ماتوشيتش، إ. مياتوفيتش، م. بتروفيتش، د. بارسيلو، في الملوثات الناشئة من النفايات الصناعية والبلدية (محرران: د. بارسيلو، م. بتروفيتش)، سبرينجر برلين هايدلبرغ، برلين 2008، الصفحات 37-101.
[237] V. Gيتيس، N. هانكنز، J. هندسة عمليات المياه. 2018، 25، 34.
[238] ن. بولونغ، أ. ف. إسماعيل، م. ر. سليم، ت. ماتسورا، تحلية المياه 2009، 239، 229.
[239] سي. إن. مالجان، ر. ن. يونغ، ب. ف. غيبس، هندسة الجيولوجيا 2001، 60، 371.
[240] م. تخت روانجي، ت. كاغازجي، أ. كارغاري، تحلية المياه 2009، 235، 199.
[241] س. سوبانا، ر. س. باندا، مراجعة علوم البيئة والتكنولوجيا الحيوية 2011، 10، 139.
[242] أ. إ. ج. ر. أنانثاشانكار، ج. كيمياء. هندسة. تكنولوجيا العمليات. 2013، 5، 1.
[243] أ) أ. الخضيري، ن. درويش، ن. هلال، تحلية المياه 2012، 287، 2؛
ب) إ. دريولي، أ. علي، ف. ماكيدونيو، تحلية المياه 2015، 356، 56.
[244] ب. دييز، ر. روزال، تكنولوجيا النانو. الهندسة البيئية. 2020، 5، 15.
www.advenergysustres.com
[245] س. ف. أحمد، ف. مهجبين، أ. مومتاين، ن. تسنوم، ن. ت. فارية، م. موفيجور، أ. ت. هوانغ، د. ف. ن. فو، ت. م. إ. محليا، كيموسفير 2022، 306، 135527.
[246] ل. تشانغ، ل. وانغ، ي. تشانغ، د. وانغ، ج. قوه، م. تشانغ، ي. لي، البحث البيئي 2022، 206، 112629.
[247] س. روي، س. راجوناث، طاقات 2018، 11، 2997.
[248] إ. أوبوتي إيزوغبي، س. راتيلال، أغشية 2020، 10، 89.
[249] س. تبرّيز، م. زيشان، م. ب. آصف، س. افتخار، ز. عباس، مفاعلات الأغشية الهجينة لمعالجة مياه الصرف الصحي، إلسفير، فيتنام 2023.
[250] ف. إ. أحمد، أ. خليل، ن. هلال، تحلية المياه 2021، 517، 115183.
[251] ت. هـ. لي، ج. س. روه، س. ي. يو، ج. م. روه، ت. هـ. تشوي، هـ. ب. بارك، أبحاث الهندسة الكيميائية الصناعية 2020، 59، 5324.
[252] أ. م. أ. عبد السامد، م. ماتياس، أ. س. ج. خليل، م. أولبريشت، تكنولوجيا تنقية سبتمبر 2019، 228، 115767.
[253] ي. ليو، إكس. وانغ، إكس. قاو، ج. تشنغ، ج. وانغ، أ. فولودين، ي. ف. شيا، إكس. هوانغ، ب. فان دير بروغن، ج. زو، ج. علوم الأغشية 2020، 596، 117717.
[254] ي. وانغ، هـ. تشانغ، س. سونغ، ج. قاو، ج. زو، مجلة علوم الأغشية 2020، 614، 118496.
[255] ج. ميشرا، م. موكوبادهياي، ج. هندسة الكيمياء البيئية. 2021، 9، 104734.

أحمد I. عثمان، حاصل على درجة الدكتوراه في الكيمياء والهندسة الكيميائية من جامعة كوينز بلفاست (2017)، هو زميل بحثي أول يركز على التحفيز البيئي، واستخدام الكتلة الحيوية، وتطوير المواد النانوية المركبة للتخفيف من آثار تغير المناخ. حصل على درجة الماجستير من جامعة جنوب الوادي في مصر. وهو محرر متميز في مجلة رسائل الكيمياء البيئية. تصنف أعماله في مجلة التقارير العلمية ضمن أفضل 100 في مجلات مجموعة نيتشر. وهو عضو في هيئة التحرير في مجلتي التحفيز الجزيئي والتقارير العلمية. وقد ساهم بأكثر من 120 مقالة محكمة و15+ من وقائع المؤتمرات، بما في ذلك الكلمات الرئيسية، وعمل كمحرر ضيف لعدة مجلات.

تلقى تشن زونغهاو درجة الماجستير (مع مرتبة الشرف) من جامعة شيان جياوتونغ-ليفربول في الصين وجامعة ليفربول في المملكة المتحدة. وهو حالياً مساعد بحث في الهندسة البيئية في جامعة ويستليك وجامعة XJTLU. تتركز اهتمامات زونغهاو البحثية في محاكاة عمليات التفاعل البيولوجي ومعالجة مياه الصرف.

محمد فرغلي حصل على درجة الدكتوراه في الهندسة البيئية في نوفمبر 2021 من خلال برنامج مشترك بين جامعة أسيوط في مصر وجامعة أوبihيرو للزراعة والطب البيطري في اليابان. بعد تحقيقه هذا الإنجاز الأكاديمي، عمل كباحث زائر في جامعة أوبihيرو من يوليو 2020 إلى مارس 2021 وشغل منصب باحث معين بشكل خاص في جامعة أوبihيرو من أبريل 2021 إلى أكتوبر 2022. حاليًا، هو زميل ما بعد الدكتوراه في JSPS في جامعة كوبي، اليابان، مع إنجازات ملحوظة. معدل القبول عالميًا. تشمل مجالات بحثه إنتاج الطاقة الحيوية، وتحسين قيمة الكتلة الحيوية، وإعادة تدوير النفايات، والطاقة المتجددة، وتقليل انبعاثات الغازات الدفيئة، والتخفيف من آثار تغير المناخ.

إسراء م. أ. محمد حصلت على درجة الماجستير في صحة الحيوان والدواجن والصرف الصحي البيئي من كلية الطب البيطري بجامعة أسيوط، مصر، في عام 2018. بعد ذلك، حصلت على درجة الدكتوراه في علم الفيروسات في مارس 2023 من كلية الدراسات العليا لعلوم الحيوان والطب البيطري والزراعة، جامعة أوبihيرو للزراعة والطب البيطري، هوكايدو، اليابان. حاليًا، تعمل كمعيدة في قسم صحة الحيوان والدواجن والصرف الصحي البيئي بجامعة أسيوط، مصر، وتشمل اهتماماتها البحثية المتنوعة علم الفيروسات، وعلم الأحياء الدقيقة، وتكنولوجيا النانو، وصحة الغذاء والحيوانات، والتلوث البيئي، ومعالجة النفايات.

باو-سنج ياب هو حالياً أستاذ مشارك في جامعة شيان جياوتونغ-ليفربول. تخرج بشهادة بكاليوس في الهندسة (مرتبة الشرف من الدرجة الأولى) في الهندسة البيئية من جامعة مالايا. حصل على درجة الماجستير في العلوم (الهندسة والعلوم البيئية) من برنامج شراكة سنغافورة ستانفورد في جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة. حصل على درجة الدكتوراه في الهندسة البيئية من جامعة نانيانغ التكنولوجية. وهو مراجع نشط لعدة مجلات في الهندسة البيئية والهندسة الكيميائية. تشمل اهتماماته البحثية عمليات الأكسدة المتقدمة، وعمليات الامتزاز، وعمليات فصل الأغشية، وتكنولوجيا النانو، والتحفيز البيئي، والطاقة المتجددة، والحياد الكربوني، والاقتصاد الدائري، وإدارة النفايات الصلبة، والتخفيف والتكيف مع تغير المناخ.

Osman, A. I., Chen, Z., Elgarahy, A. M., Farghali, M., Mohamed, I. M. A., Priya, A. K., Hawash, H. B., & Yap, P.S. (2024). Membrane technology for energy saving: principles, techniques, applications, challenges, and prospects. Advanced Energy & Sustainability Research, Article 2400011. Advance online publication. https://doi.org/10.1002/aesr. 202400011

Published in:
Advanced Energy & Sustainability Research

Document Version:
Publisher’s PDF, also known as Version of record

Queen’s University Belfast – Research Portal:
Link to publication record in Queen’s University Belfast Research Portal

Publisher rights
Copyright 2024 The Authors.
This is an open access article published under a Creative Commons Attribution License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), which permits unrestricted use, distribution and reproduction in any medium, provided the author and source are cited.

General rights
Copyright for the publications made accessible via the Queen’s University Belfast Research Portal is retained by the author(s) and / or other copyright owners and it is a condition of accessing these publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

Take down policy
The Research Portal is Queen’s institutional repository that provides access to Queen’s research output. Every effort has been made to ensure that content in the Research Portal does not infringe any person’s rights, or applicable UK laws. If you discover content in the Research Portal that you believe breaches copyright or violates any law, please contact openaccess@qub.ac.uk.

This research has been made openly available by Queen’s academics and its Open Research team. We would love to hear how access to this research benefits you. – Share your feedback with us: http://go.qub.ac.uk/oa-feedback

Rapid industrialization, urbanization, and population growth have placed unprecedented strain on energy resources, leading to concerns about energy security. Global energy consumption has been on a persistent upward trajectory, with the International Energy Agency (IEA) projecting a increase in energy demand by 2040. The proportion of carbon emissions attributed to the energy system is expected to surge from its current to a projected by the year 2050. Against the backdrop of startling statistics, nations worldwide are grappling with an ever-increasing energy demand, dwindling fossil fuel reserves, and the imperative to combat climate change. These challenges necessitate a paradigm shift in energy production, distribution, and consumption. Innovative technologies have emerged as indispensable tools in addressing these formidable challenges. Among these, membrane technology emerges as a versatile and highly promising solution, positioned to play a pivotal role in the global pursuit of enhanced energy efficiency and sustainability.
A. I. Osman

School of Chemistry and Chemical Engineering
Queen’s University Belfast
David Keir Building, Stranmillis Road, Belfast BT9 5AG, Northern Ireland, UK
E-mail: aosmanahmed01@qub.ac.uk
Z. Chen, P.-S. Yap

Department of Civil Engineering
Xi’an Jiaotong-Liverpool University
Suzhou 215123, China
E-mail: PowSeng.Yap@xjtlu.edu.cn
The ORCID identification number(s) for the author(s) of this article can be found under https://doi.org/10.1002/aesr.202400011.
© 2024 The Authors. Advanced Energy and Sustainability Research published by Wiley-VCH GmbH. This is an open access article under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits use, distribution and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
A. M. Elgarahy

Egyptian Propylene and Polypropylene Company (EPPC)
Port Said, Egypt
A. M. Elgarahy

Environmental Chemistry Division
Environmental Science Department
Faculty of Science
Port Said University
Port Said, Egypt
M. Farghali

Department of Agricultural Engineering and Socio-Economics
Kobe University
Kobe 657-8501, Japan
I. M. A. Mohamed

Department of Animal and Poultry Hygiene & Environmental Sanitation
Faculty of Veterinary Medicine
Assiut University
Assiut 71526, Egypt

Membrane technology encompasses a wide spectrum of separation methods that rely on semipermeable membranes, enabling the selective separation of various components within fluid mixtures. The versatility of membrane technology is reinforced by its capacity to adapt to a multitude of sectors. It has surpassed its earlier limitation to niche applications and now plays a significant role in expansive industrial processes, as well as emerging domains like water treatment, healthcare, and the production of renewable energy. Whether applied to seawater desalination or the purification of gases and liquids, membrane technology presents efficient and sustainable answers to diverse industrial challenges. This adaptability positions membrane technology as a pivotal approach for fostering eco-friendly and sustainable manufacturing practices.

Conventional separation methods like distillation and crystallization have long been recognized for their high energy consumption and adverse environmental impacts. In contrast, membrane technology serves as an exemplar of energy-efficient separation practices. At its core, it operates on the principle of selectively allowing specific components to pass through a membrane, contingent upon factors such as size, charge, or chemical properties. This inherent selectivity leads to a reduction in energy consumption, diminished emissions, and increased product purity, making membrane technology an essential instrument for realizing sustainability objectives. By substantially reducing the energy requirements in separation processes across diverse industries, such as petrochemicals, pharmaceuticals, and the food and beverage sector, membrane technology not only preserves valuable resources but also plays a crucial role in mitigating the global energy crisis. Its capability to improve energy efficiency, diminish environmental impacts, and promote sustainability aligns with the pressing necessity to transition toward cleaner and more efficient energy utilization.

In this comprehensive review manuscript, we provide a thorough understanding of membrane technology’s principles, mechanisms, advantages, and limitations, fostering a deeper appreciation for its role in addressing the energy crisis and advancing sustainability. We delve into the mechanisms and principles underpinning membrane technology, including membrane structure, transport mechanisms, and performance factors. Additionally, we discuss the technology’s energy efficiency, selectivity, and low environmental impact while also addressing challenges like membrane fouling and cost concerns. We explore prospects, emerging trends, and potential applications from environmental remediation to healthcare, highlighting the critical challenges that must be overcome to fully realize

the transformative potential of membranes. As we delve deeper into this review, we further explore how membrane technology’s unique attributes position it as a critical player in addressing the pressing energy challenges of our time. Ultimately, we summarize the key parameters discussed herein, underlining the significance of membrane technology in the energy sector and proposing future research directions.

Membrane technology stands as a pivotal player in the realm of energy-saving technologies. Its applications span a wide spectrum, impacting various sectors such as water treatment, gas separation, and fuel cells. Membrane-based processes have the remarkable ability to significantly reduce energy consumption compared to traditional methods. For instance, in desalination processes, membranes allow for the efficient removal of salt and impurities from seawater, requiring less energy than conventional thermal methods. Additionally, gas separation membranes enable the capture of valuable gases like hydrogen and methane from industrial processes, aiding in energy recovery and reducing emissions. One approach to enhance sustainability in membrane technology involves using biodegradable polymers and nontoxic solvents for membrane production, replacing non-biodegradable petroleum-based materials and hazardous solvents. Additional strategies include recycling membrane components, minimizing preparatory steps to reduce energy usage and waste, reusing waste brine or sludge, incorporating antifouling features to minimize waste, and harnessing energy from waste materials. While the range of their applications is extensive, this section describes some specific uses of these membranes in energy saving via various environmentally friendly applications, including their applications in water treatment, organic solvent recovery, the removal of pharmaceutical and therapeutic contaminants, and gas separation.

Addressing the global challenge of diminishing freshwater resources, especially in developing nations, requires effective solutions. Desalination and wastewater treatment stand out as vital methods to ensure a safe and ample water supply, considering the vast water reserves in oceans and the continuous generation of wastewater. Among these solutions, membrane separation systems have gained prominence for water purification, desalination, and wastewater treatment. Desalination focuses on removing inorganic salts, while wastewater treatment involves eliminating heavy metals, organic dyes, pesticides, and oily substances along with inorganic salts. Common membrane processes include microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration (NF), reverse osmosis (RO), pervaporation, membrane distillation, and electrodialysis. To enhance separation efficiency, membranes are designed with smaller pores, necessitating higher pressure. Traditionally, synthetic polymers like polyvinylidence fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), and polyethersulfone have been the norm. However, growing environmental concerns are driving a shift toward biodegradable alternatives such as polyhydroxyalkanoates, polylactic acid (PLA),
polybutylene succinate, as well as natural materials like cellulose, alginate, chitosan, chitin, lignin, collagen, and sericin. While biocompatible membranes were commercialized as early as the 1960s, they were overshadowed by synthetic polymers due to challenges in their production. However, the current focus on environmental sustainability and reduced reliance on fossil fuels has revitalized interest in green membrane technology, which shows promise across various applications. Advancements in cost-effective, efficient, and scalable technologies have made large-scale water treatment with membranes a practical reality. For example, Han et al. developed ultrathin graphene NF membranes ( thick) on microporous substrates. These membranes exhibited retention of ionic salts following the Donnan exclusion principle, with the retention order being , along with a complete rejection of organic dyes. Remarkably, only 34 mg of reduced graphene oxide was used to produce a of the membrane, signaling a new era of supply-conserving and cost-effective technology for water purification.

In RO systems, the most substantial contributor to energy consumption and operating costs arises from the need to pressurize the feed using high-pressure pumps. The salinity of wastewater increases as seawater inflow and infiltration rise, resulting in a higher base case energy consumption. However, the percentage increase in energy consumption is mitigated by the mixing of high-salinity flows. The forward osmosis (FO)-RO membrane, which does not require a turbine or energy recovery unit, provides dual membrane filtration of impaired feed streams versus conventional RO membranes, thereby reducing the energy required for RO and improving the retention of seawater contaminants. Attarde et al. compared the energy efficiencies of ROPRO and FO-RO hybrid systems at the same RO recovery rate, and an increase in dilution of the PRO/FO subsystem reduced the energy consumption of the RO-PRO membrane treatment ( savings). Li et al. used a hollow fiber membrane RO system with high permeability ( bar ) to treat 400 ppm brackish water consuming only per unit of energy, which is a reduction in energy consumption. This study resulted in significant energy savings for seawater below the 2000 ppm salt concentration range.

In the 1980s, energy recovery devices (ERDs) were introduced to RO systems to capture and reuse energy, effectively pressurizing the incoming feed and thus reducing the overall energy consumption of the system. Wang et al. concurred that aside from membrane permeability, the inefficiencies of pumps and ERD had the most significant impact on specific energy consumption. Increasing the feed water pressure and temperature also has a significant positive effect on water recovery. For instance, Koutsou et al. reported that a high feedwater temperature reduces the total energy consumption due to viscosity and flow friction losses. However, it also increases the osmotic pressure and leakage rate, resulting in the degradation of ERD performance. This energy loss is particularly prominent in seawater RO systems, which typically operate at low recovery rates of and require higher applied pressures. ERD helped Arabian Potash Company’s RO desalination plant reduce energy consumption by and helped reduce atmospheric gas emissions. Mansour et al. added ERDs to make use of
the high-pressure brine released from the membrane retention stream, which could improve plant performance and save up to in power consumption. The first generation of ERDs used in RO systems were centrifugal, featuring devices such as Francis turbines, Pelton wheels, and turbochargers. However, these early ERDs had limited capacity and efficiency levels below . A notable advancement came with the introduction of isobaric ERDs, including piston-type work exchangers and rotary pressure exchangers. These innovations offered unlimited capacity and achieved efficiencies as high as . Consequently, RO systems benefited from energy savings of up to due to this significant technological leap. Jamil et al. introduced an isobaric pressure exchanger to replace the conventional ERDs and throttling valves on the brine streams to upgrade the desalination plant capacity, which facilitates a further reduction of of the energy consumption and of the second law efficiency. Since there is no physical piston between the seawater flow and the concentrated brine flow in the pipeline, rotating ERDs are considered to be upgraded devices that can achieve very high energy recovery efficiencies. Lou et al. found that the integrated energy recovery and pressurization device taught to reduced electrical energy consumption by compared to a conventional ERD and achieved a maximum energy recovery efficiency and mixing rate of and , respectively, for the desalination process by rationally setting the rotor conduit displacement.