Molecular level unveils anion exchange membrane fouling induced by natural organic matter via XDLVO and molecular simulation

结垢 化学 腐植酸 膜污染 化学工程 粘附 离子交换 牛血清白蛋白 色谱法 离子 有机化学 生物化学 工程类 肥料
作者
Xiaomeng Wang,Yanyan Guo,Yuan‐Xin Li,Zhun Ma,Qing Li,Qun Wang,Dongmei Xu,Jun Gao,Xueli Gao,Hui Sun
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:916: 170272-170272 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.170272
摘要

Membrane fouling, critically determined by the interplay of interfacial interaction between foulant and membrane, is a critical impediment that limits application extension of electrodialysis (ED) process. In this study, the extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (XDLVO) model and molecular simulation were performed to quantify the interaction energy barrier for revealing anion exchange membranes (AEMs) fouling mechanisms of calcium ions coexisted with natural organic matter (NOM) (sodium alginate, humic acid, and bovine serum albumin). The insight gained from DMol3 module was also utilized to interpret the adhesion process of NOM at the molecular level. The interaction energy suggested that the presence of Ca-NOM complex magnify the adhesion on the surface cavities of AEMs structures. The molecular simulation and XDLVO presented a good agreement in predicting the fouling trajectory based on the experimental findings. The short-path acid-base interaction exerted a predominant influence on exploring the fouling formation process. In addition, the sodium alginate displayed more stable adhesion behavior through calcium ions bridges stimuli than humic acid and bovine serum albumin. In particular, the molecular simulation calculations exhibited a superior level of concurrence with colloid growth of membrane fouling. Combined XDLVO theory with DMol3 model proposed a new approach to understand membrane fouling mechanisms in ED process.
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