High Performance Thin-Film Composite Forward Osmosis Membrane

正渗透 薄膜复合膜 复合数 渗透 材料科学 反渗透 复合材料 化学工程 化学 工程类 生物化学
作者
Ngai Yin Yip,Alberto Tiraferri,William A. Phillip,Jessica D. Schiffman,Menachem Elimelech
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:44 (10): 3812-3818 被引量:904
标识
DOI:10.1021/es1002555
摘要

Recent studies show that osmotically driven membrane processes may be a viable technology for desalination, water and wastewater treatment, and power generation. However, the absence of a membrane designed for such processes is a significant obstacle hindering further advancements of this technology. This work presents the development of a high performance thin-film composite membrane for forward osmosis applications. The membrane consists of a selective polyamide active layer formed by interfacial polymerization on top of a polysulfone support layer fabricated by phase separation onto a thin (40 μm) polyester nonwoven fabric. By careful selection of the polysulfone casting solution (i.e., polymer concentration and solvent composition) and tailoring the casting process, we produced a support layer with a mix of finger-like and sponge-like morphologies that give significantly enhanced membrane performance. The structure and performance of the new thin-film composite forward osmosis membrane are compared with those of commercial membranes. Using a 1.5 M NaCl draw solution and a pure water feed, the fabricated membranes produced water fluxes exceeding 18 L m2−h−1, while consistently maintaining observed salt rejection greater than 97%. The high water flux of the fabricated thin-film composite forward osmosis membranes was directly related to the thickness, porosity, tortuosity, and pore structure of the polysulfone support layer. Furthermore, membrane performance did not degrade after prolonged exposure to an ammonium bicarbonate draw solution.
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