Janus Membrane with Hydrogel-like Coating for Robust Fouling and Wetting Resistance in Membrane Distillation

材料科学 化学工程 膜蒸馏 结垢 润湿 涂层 膜污染 接触角 超亲水性 聚醚酰亚胺 聚乙烯醇 杰纳斯 聚偏氟乙烯 海水淡化 纳米技术 复合材料 聚合物 化学 生物化学 工程类
作者
Na Zhang,Jiaojiao Zhang,Xin Yang,Changxu Zhou,Zhu Xiaohui,Baicang Liu,Yue Chen,Shihong Lin,Zhining Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (15): 19504-19513 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsami.3c02781
摘要

Membrane distillation (MD) is a promising technique for water reclamation from hypersaline wastewater. However, fouling and wetting of the hydrophobic membranes are two prominent challenges for the widespread application of MD. Herein, we developed an antiwetting and antifouling Janus membrane comprising a hydrogel-like polyvinyl alcohol/tannic acid (PVA/TA) top layer and a hydrophobic polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane substrate via a facile and benign strategy combining mussel-amine co-deposition with the shrinkage-rehydration process. Interestingly, the vapor flux of the Janus membrane was not compromised, though a microscale PVA/TA layer was introduced, possibly due to the high water uptake and reduced water evaporation enthalpy of the hydrogel-like structure. Moreover, the PVA/TA-PTFE Janus membrane sustained stable MD performance while treating a challenging saline feed containing surfactants and mineral oils. The robust wetting resistance arises from the synergistic effects of the elevated liquid entry pressure (1.01 ± 0.02 MPa) of the membrane and the retardation of surfactant transport to the substrate PTFE layer. Meanwhile, the hydrogel-like PVA/TA layer hinders oil fouling due to its strongly hydrated state. Furthermore, the PVA/TA-PTFE membrane exhibited improved performance in purifying shale gas wastewater and landfill leachate. This study provides new insights into the facile design and fabrication of promising MD membranes for hypersaline wastewater treatment.
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