Effects of surface morphology on alginate adhesion: Molecular insights into membrane fouling based on XDLVO and DFT analysis

结垢 粘附 化学工程 表面能 膜污染 形态学(生物学) 化学 表面粗糙度 胶粘剂 材料科学 复合材料 物理化学 图层(电子) 有机化学 地质学 生物化学 古生物学 工程类
作者
Renjie Li,Yang Lou,Yanchao Xu,Guangcai Ma,Baoqiang Liao,Liguo Shen,Hongjun Lin
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier]
卷期号:233: 373-380 被引量:86
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2019.05.262
摘要

While surface morphology is the key parameter affecting membrane performance, its exact roles on membrane fouling have not well unveiled. In this study, effects of membrane surface roughness on fouling caused by alginate adhesion were investigated by thermodynamic techniques of the extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (XDLVO) approach and density functional theory (DFT). The energy of a single typical alginate chain adhering to rough membrane surface was figured out to be 0.5–3.0 kJ/mol for the first time. Whereas, the related bending energy at typical bending angle was calculated to be over 13.0 kJ/mol based on DFT calculations. The big energy gap suggested that the alginate chain in solution would not change its configuration to fit membrane surface morphology, and tended to directly adhere to membrane surface. The thermodynamic analyses predicted that the direct adhesion pathway was favorable in energy when an alginate chain approaching to rough membrane surface. As a result, as compared to the smooth membrane, rough membrane corresponds to less alginate adhesion and adhesive fouling. Combination of XDLVO and DFT techniques provided not only molecular insights into membrane fouling, but also a new way for fouling research.
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