Nanofiltration Membranes with Salt-Responsive Ion Valves for Enhanced Separation Performance in Brackish Water Treatment: A Battle against the Limitation of Salt Concentration

纳滤 微咸水 盐(化学) 化学 化学工程 色谱法 盐度 有机化学 生物化学 地质学 海洋学 工程类
作者
Shirong Liu,Langming Bai,Junwen Ding,Zihan Liu,Guibai Li,Heng Liang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (38): 14452-14463 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c03919
摘要

Utilizing brackish water resources has imposed a high requirement on the design and construction of nanofiltration membranes. To overcome the limitation of high salt concentration on the nanofiltration separation performance resulting from the weakened Donnan effect, a nanofiltration membrane with the effect of salt-responsive ion valves was developed by incorporating zwitterionic nanospheres into the polyamide layer (PA-ZNs). The interaction between the nanospheres and membranes at high salinity was revealed through a combination analysis from the perspectives of water transport model, positron annihilation spectroscopy, and solute rejection, contributing to the formation of the valve effect. The PA-ZNs membrane presented a breakthrough in overcoming the limitation of increased salt concentrations on nanofiltration separation performance, achieving a high selectivity of 105 for mono/multivalent anions. To reveal the role of the ion valve effect in ion transport through the membrane, the membrane conductance was determined at different salt concentrations, confirming channel-controlled transport at low salinity and ion valve-controlled transport at high salinity. Moreover, the main membrane separation mechanisms were systematically studied. The concept of salt-responsive ion valves may contribute to expanding the application of nanofiltration in brackish water treatment.
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