Metal-organic framework enables ultraselective polyamide membrane for desalination and water reuse

海水淡化 反渗透 化学工程 废水 重新使用 材料科学 聚酰胺 两亲性 化学 废物管理 环境工程 环境科学 聚合物 高分子化学 有机化学 复合材料 工程类 生物化学 共聚物
作者
Yue Wen,Ruobin Dai,Xuesong Li,Xingran Zhang,Xingzhong Cao,Zhichao Wu,Shihong Lin,Chuyang Y. Tang,Zhiwei Wang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:8 (10): eabm4149-eabm4149 被引量:234
标识
DOI:10.1126/sciadv.abm4149
摘要

While reverse osmosis (RO) is the leading technology to address the global challenge of water scarcity through desalination and potable reuse of wastewater, current RO membranes fall short in rejecting certain harmful constituents from seawater (e.g., boron) and wastewater [e.g., N -nitrosodimethylamine (NDMA)]. In this study, we develop an ultraselective polyamide (PA) membrane by enhancing interfacial polymerization with amphiphilic metal-organic framework (MOF) nanoflakes. These MOF nanoflakes horizontally align at the water/hexane interface to accelerate the transport of diamine monomers across the interface and retain gas bubbles and heat of the reaction in the interfacial reaction zone. These mechanisms synergistically lead to the formation of a crumpled and ultrathin PA nanofilm with an intrinsic thickness of ~5 nm and a high cross-linking degree of ~98%. The resulting PA membrane delivers exceptional desalination performance that is beyond the existing upper bound of permselectivity and exhibited very high rejection (>90%) of boron and NDMA unmatched by state-of-the-art RO membranes.
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