Insight of multifunctional Cu-alginate hydrogel membrane for precise molecule/ion separation applications

生物污染 肿胀 的 化学工程 材料科学 微滤 聚合物 结垢 分子 合成膜 膜技术 纳米技术 化学 有机化学 复合材料 工程类 生物化学
作者
Zhijian Zhang,Min Chen,Zhe Lin,Zhichao Yang,Yafeng Du,Zhi Chen,Zhenhao Yang,Kongyin Zhao,Ligang Lin
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:331: 125601-125601 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.125601
摘要

Membrane technology has garnered significant attention for its role in addressing the challenges of molecule/ion separation processes, yet it remains hindered by issues such as membrane fouling, including organic and biofouling. While calcium alginate (CaAlg) membranes have demonstrated remarkable antifouling and molecule/ion separation properties, they suffer from high swell ability and poor mechanical performance. This study introduces a one-step ion-crosslinking method to fabricate a series of copper alginate (CuAlg) hydrogel membranes. These membranes are then assembled into a dual-layer structure with a modified hydrophilic and mechanically robust microfiltration fiber support layer (MHSL). Notably, the CuAlg/MHSL membrane exhibits excellent separation performance, characterized by high selectivity and flux recovery rate. This membrane significantly enhances the long-term molecule/ion separation performance through improved mechanical strength, anti-swelling properties, and antimicrobial capabilities. In addition, the decreased thickness of the CuAlg/MHSL membrane enables higher flux rates, proving beneficial in cases of CaAlg membranes' inability to perform well under high-salt conditions. To further investigate the pore structure and anti-swelling mechanism of the CuAlg membrane, molecular dynamics (MD) simulations are conducted. Additionally, a life cycle analysis comparing the CuAlg hydrogel with various traditional polymers assesses their respective environmental impacts, highlighting the eco-friendliness of the hydrogel as a membrane substrate. These findings provide valuable insights for developing sustainable hydrogel membranes with stable performance and high separation efficiency in molecular/ion separation applications.
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