Enhancing the Permselectivity of Thin-Film Composite Membranes Interlayered with MoS2 Nanosheets via Precise Thickness Control

薄膜复合膜 材料科学 聚酰胺 化学工程 界面聚合 纳滤 渗透 复合数 磁导率 反渗透 浓差极化 复合材料 聚合物 单体 化学 生物化学 工程类
作者
Siyu Cao,Akshay Deshmukh,Li Wang,Qi Han,Yufei Shu,How Yong Ng,Zhongying Wang,John H. Lienhard
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (12): 8807-8818 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c00551
摘要

The demand for highly permeable and selective thin-film composite (TFC) nanofiltration membranes, which are essential for seawater and brackish water softening and resource recovery, is growing rapidly. However, improving and tuning membrane permeability and selectivity simultaneously remain highly challenging owing to the lack of thickness control in polyamide films. In this study, we fabricated a high-performance interlayered TFC membrane through classical interfacial polymerization on a MoS2-coated polyethersulfone substrate. Due to the enhanced confinement effect on the interface degassing and the improved adsorption of the amine monomer by the MoS2 interlayer, the MoS2-interlayered TFC membrane exhibited enhanced roughness and crosslinking. Compared to the control TFC membrane, MoS2-interlayered TFC membranes have a thinner polyamide layer, with thickness ranging from 60 to 85 nm, which can be tuned by altering the MoS2 interlayer thickness. A multilayer permeation model was developed to delineate and analyze the transport resistance and permeability of the MoS2 interlayer and polyamide film through the regression of experimental data. The optimized MoS2-interlayered TFC membrane (0.3-inter) had a 96.8% Na2SO4 rejection combined with an excellent permeability of 15.9 L m-2 h-1 bar-1 (LMH/bar), approximately 2.4 times that of the control membrane (6.6 LMH/bar). This research provides a feasible strategy for the rational design of tunable, high-performance NF membranes for environmental applications.
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