How Pore Hydrophilicity Influences Water Permeability?

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作者
Fang Xu,Mingjie Wei,Xin Zhang,Yang Song,Wei Zhou,Yong Wang
出处
期刊:Research [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:2019: 2581241-2581241 被引量:121
标识
DOI:10.34133/2019/2581241
摘要

Membrane separation is playing increasingly important role in providing clean water. Simulations predict that membrane pores with strong hydrophobicity produce ultrahigh water permeability as a result of low friction. However, experiments demonstrate that hydrophilic pores favor higher permeability. Herein we simulate water molecules transporting through interlayers of two-dimensional nanosheets with various hydrophilicities using nonequilibrium molecular dynamics. We reveal that there is a threshold pressure drop (Δ P T ), exceeding which stable water permeability appears. Strongly hydrophobic pores exhibit extremely high Δ P T , prohibiting the achievement of ultrahigh water permeability under the experimentally accessible pressures. Under pressures < Δ P T , water flows in hydrophobic pores in a running-stop mode because of alternative wetting and nonwetting, thus leading to significantly reduced permeability. We discover that hydrophilic modification to one surface of the nanosheet can remarkably reduce Δ P T by > 99%, indicating a promising strategy to experimentally realize ultrafast membranes.
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