Revealing the contradiction between DLVO/XDLVO theory and membrane fouling propensity for oil-in-water emulsion separation

DLVO理论 结垢 乳状液 膜污染 化学工程 化学 色谱法 胶体 有机化学 工程类 生物化学
作者
Tong Zhang,Qiaoying Wang,Yan Yang,Linxi Hou,Wenjia Zheng,Zhichao Wu,Zhiwei Wang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:466: 133594-133594 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.133594
摘要

Oil fouling is the crucial issue for the separation of oil-in-water emulsion by membrane technology. The latest research found that the membrane fouling rate was opposite to the widely used theoretical prediction by Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) or extended DLVO (XDLVO) theory. To interpret the contradiction, the molecular dynamics was adopted to explore the molecular behavior of oil and emulsifier (Tween 80) at membrane interface with the assistance of DLVO/XDLVO theory and membrane fouling models. The decreased flux attenuation and fitting of fouling models proved that the existence of Tween 80 effectively alleviated membrane fouling. Conversely, DLVO/XDLVO theory predicted that the membrane fouling should be exacerbated with the increase of Tween 80 concentration in O/W emulsion. This contradiction originated from the different interaction energy between oil/Tween 80 molecules and polyether sulfone (PES) membrane. The favorable free energy of Tween 80 was resulted from the sulfuryl groups in PES and hydrogen bonds (O-H…O) formation further strengthened the interaction. Therefore, Tween 80 could preferentially adsorb on membrane surface and form an isolation layer by demulsification and steric hindrance and resist the aggregation of oil, which effectively alleviated membrane fouling. This study provided a new insight in the interpretation of interaction in O/W emulsion.
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