Nanocelluloses fine-tuned polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane for enhanced separation and antifouling

聚偏氟乙烯 材料科学 相位反转 化学工程 结晶度 多孔性 生物污染 复合材料 接触角 表面粗糙度 聚合物 化学 生物化学 工程类
作者
Zixuan Wu,Xin Ji,Quanlong He,Hongbo Gu,Wei‐xian Zhang,Zilong Deng
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:323: 121383-121383 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121383
摘要

To mitigate membrane fouling and address the trade-off between permeability and selectivity, we fabricated nanocellulose (NC) fine-tuned polyvinylidene fluoride (PVDF) porous membranes (NC-PVDFs) using phase inversion method through blending NCs with varied aspect ratios, surface charges and grafted functional groups. NC-PVDF presented rougher surface (increased by at least 18.3 %), higher porosity and crystallinity compared to PVDF membrane. Moreover, cellulose nanocrystals incorporated PVDF (CNC-PVDF) elevated membrane surface charge and hydrophilicity (from 74.3° to 71.7°), while 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl-oxidized cellulose nanofibers modified PVDF (TCNF-PVDF) enhanced the porosity (from 25.0 % to 40.3 %) and tensile strength (63.6 % higher than PVDF). For separation performance, NC improved flux, rejection and fouling resistance due to facilitation of phase transition thermokinetics as pore-forming agent and increased hydrophilicity at both interface and pore wall. For water flux, NC-PVDFs (139-228 L·m-2·h-1) resulted in increased permeability compared to bare PVDF. CNC-PVDF membrane exhibited the highest water flux because of improved porosity, roughness and hydrophilicity. For bovine serum albumin (BSA) rejection, the removal rates of all NC-PVDFs were all above 90 %. Notably, TCNF-PVDF exhibited the most remarkable elevation of BSA rejection (95.1 %) owing to size exclusion and charge repulsion in comparison with PVDF.
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