Engineering Highly Permeable and Antifouling Polyamide RO Membranes via Interfacial Polymerization with Molecularly Designed Zwitterionic Surfactants

生物污染 聚酰胺 界面聚合 渗透 化学工程 肺表面活性物质 反渗透 化学 聚合 纳滤 高分子化学 烷基 材料科学 图层(电子) 聚合物 自由基聚合 阳离子聚合 开环聚合 渗透
作者
Yongkai Xu,Shuang Hao,J. H. Wang,Jun Xiao,Jie Gao,Yunxia Hu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:60 (13): 10056-10066 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c18546
摘要

To address the urgent requirement for antifouling reverse osmosis (RO) membranes, this work presents an innovative interfacial polymerization (IP) strategy utilizing molecularly engineered zwitterionic surfactants. Three zwitterionic surfactants with identical hydrophilic heads but distinct hydrophobic tails were synthesized, each serves a dual function: regulating IP kinetics while incorporating into the polyamide (PA) network to confer inherent antifouling properties. The surfactant combining an aromatic ring and a long alkyl chain proved most effective, enhancing integration via π-π interactions and maximizing interfacial activity to yield a polyamide layer with superior density, hydrophilicity, and permeability. The resulting membrane achieves a balance of high water permeance (2.7 LMH/bar), outstanding salt rejection (99.6%), and excellent antifouling performance. In practical tests using real coking wastewater, it consistently outperformed a leading commercial antifouling membrane (DuPont FilmTec CR100) across multiple fouling-cleaning cycles. This study establishes a new paradigm in which tailored surfactant molecular design directly governs RO membrane properties and integrated performance, offering a promising pathway to next-generation RO membranes for challenging water treatment applications.
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