Ceramic porous materials made of ZnO intended for eliminating particles imitating viruses from water

Milena Zalewska , Patrycja Kamińska , Mikołaj Szafran

Abstract

In water there are several pollutants having a significant impact on human health. The greatest difficulties are associated with the removal of viruses due to their small size (generally in the range of 20 to 400 nm). Currently, the most effective ways of removing of viruses from water are filters based on electrostatic adsorption. In this method, negatively charged viruses (in the pH of drinking water, pH 5÷9) are retained on an oppositely charged filter surface. These filters are characterized by large pores allowing a much more efficient flow of liquid through the filters and also eliminating the blockage of pores. In order to provide ceramic filters with a positive charge, their inner surface is modified. The purpose of this study was to obtain ceramic composite materials on the basis of zinc oxide with active layers from zinc oxide and simulate the filtration process using a polymer dispersion characterized by a similar size of particles to that of viruses and a negative charge in the pH of drinking water, as is in the case of viruses, was carried out. In order to obtain ceramic composite materials, two types of zinc oxide were used. The average grain sizes of the powders were different ( an average particle size of about 200 nm for the powders which were purchased from NanoTek and about 7 μm for those which were purchased from POCH. Porous ceramic composite materials were formed by unilateral pressing. A 10 wt.% aqueous solution of poly(vinyl alcohol) with a molecular weight of 67 000 and degree of hydrolysis of 88% was used as the binder in the ceramic materials. Zinc acetate ((CH3COO)2Zn) was used to obtain the active layer of the ceramic composite materials while 0.01 wt.% solutions of polymer dispersion with a negative electrokinetic potential - Rokryl SW 4025 (Rokita S.A.) ( was used to simulate the process of filtration. During the study, measurements characterizing the ceramic powders, measurements of the physical and mechanical properties of the samples were performed. The influence of the pressure (10 and 30 MPa) and additive of nano-ZnO (0 to 10 vol.%) on the tensile strength, open porosity and distribution of the pore size in the samples after sintering at 900°C were determined. Moreover, the effectiveness of the filtration process using the porous ceramic materials with an active layer of ZnO, which was formed by the impregnation of ceramic samples by zinc acetate and sintered at 430°C, were evaluated.
Author Milena Zalewska (FC / CChT)
Milena Zalewska,,
- Chair of Chemical Technology
, Patrycja Kamińska (FC / CChT)
Patrycja Kamińska,,
- Chair of Chemical Technology
, Mikołaj Szafran (FC / DITC)
Mikołaj Szafran,,
- Department Of Inorganic Technology And Ceramics
Other language title versionsCeramiczne tworzywa porowate z ZnO do usuwania z wody cząstek imitujących wirusy
Journal seriesComposites, Theory and Practice, ISSN 2084-6096
Issue year2013
Vol13
No1
Pages72-76
Publication size in sheets0.5
Keywords in Polishtlenek cynku, octan cynku, filtracja cząstek imitujących wirusy, ceramiczne tworzywa porowate, dyspersja polimerowa
Keywords in Englishzinc oxide, zinc acetate, filtration of particles imitating viruses, ceramic porous materials, polymer dispersion
Abstract in PolishW wodzie występuje wiele zanieczyszczeń mających znaczący wpływ na zdrowie człowieka. Największe jednak trudności związane są z usuwaniem wirusów ze względu na ich niewielkie rozmiary (na ogół w zakresie od 20 do 400 nm). Najskuteczniejszym sposobem usuwania wirusów mogą stać się filtry działające na zasadzie elektrostatycznej adsorpcji. W metodzie tej ujemnie naładowane wirusy (w zakresie pH wody pitnej, tj. pH 5÷9) są zatrzymywane na przeciwnie do nich naładowanych powierzchniach filtrów. Filtry te odznaczają się dużymi porami, pozwalając na efektywniejszy przepływ cieczy przez nie, a także eliminację blokowania porów. W celu nadania filtrom ceramicznym ładunku dodatniego ich powierzchnie wewnętrzne są modyfikowane. Celem niniejszej pracy było otrzymanie ceramicznych tworzyw porowatych na bazie tlenku cynku z aktywną warstwą filtracyjną również z tlenku cynku, a także przeprowadzenie symulacji procesu filtracji z zastosowaniem dyspersji polimerowej odznaczającej się wielkością cząstek zbliżoną do wielkości wirusów oraz ładunkiem ujemnym w zakresie pH wody pitnej podobnie jak to jest w przypadku wirusów. W badaniach nad otrzymaniem ceramicznych tworzyw porowatych zastosowano dwa rodzaje proszków tlenku cynku (ZnO). Proszki różniły się średnią wielkością ziarna - 200 nm firmy NanoTek i 7 μm firmy POCH. Tworzywa były formowane metodą prasowania jednostronnego. Jako spoiwo zastosowano 10% wodny roztwór poli(alkoholu winylu) o masie cząsteczkowej 67 000 i stopniu hydrolizy wynoszącym 88%. Do otrzymania aktywnej warstwy filtracyjnej z ZnO zastosowano octan cynku, natomiast w symulacji procesu filtracji wykorzystano dyspersję polimerową Rokryl SW 4025 o ujemnym potencjale zeta w całym zakresie pH. Wykonane w pracy badania obejmowały swoim zakresem pomiary charakteryzujące proszki ceramiczne, jak również pomiary parametrów fizycznych i mechanicznych kształtek po procesie wypalania. Określono wpływ ciśnienia prasowania (10 i 30 MPa) i dodatku ZnO o nanometrycznej wielkości cząstek (0 i 10 vol.%) na wytrzymałość mechaniczną na rozciąganie, porowatość otwartą i rozkład wielkości porów w kształtkach po procesie wypalania w temperaturze 900°C. Oceniono również skuteczność procesu filtracji z zastosowaniem opracowanych w ramach pracy ceramicznych tworzyw porowatych z aktywną warstwą filtracyjną z ZnO, powstałą w wyniku impregnacji kształtek ceramicznych octanem cynku i wypaleniu w temperaturze 430°C
URL http://www.kompozyty.ptmk.net/archiwum.html
Languageen angielski
File
Composites theory and practice 13 (2013) 72-76.pdf 212.89 KB
Score (nominal)11
ScoreMinisterial score = 8.0, 28-11-2017, ArticleFromJournal
Ministerial score (2013-2016) = 11.0, 28-11-2017, ArticleFromJournal
Citation count*
Cite
Share Share

Get link to the record


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back
Confirmation
Are you sure?