Shielding effect enables fast ion transfer through nanoporous membrane for highly energy-efficient electrodialysis

电渗析 膜 纳滤 纳米孔 化学工程 结垢 膜污染 海水淡化 材料科学 反向电渗析 离子交换 传质 离子 化学 色谱法 纳米技术 有机化学 工程类 生物化学
作者
Jiuyang Lin,Wenyuan Ye,Shuangling Xie,Jiale Du,Riri Liu,Dong Zou,Xiangyu Chen,Zijian Yu,Shengqiong Fang,Elisa Y.M. Ang,William Toh,Dan Han,Teng Yong Ng,Dong Han Seo,Shuaifei Zhao,Bart Van der Bruggen,Ming Xie,Young Moo Lee
出处
期刊: [Springer Science+Business Media]
卷期号:1 (8): 725-735 被引量:51
标识
DOI:10.1038/s44221-023-00113-5
摘要

Abstract A key to sustainable management of saline organic-rich wastewaters is to precisely fractionate organic components and inorganic salts (NaCl) as individual resources. Conventional nanofiltration and electrodialysis processes suffer from membrane fouling and compromise the fractionation efficacy. Here we develop a thin-film composite nanoporous membrane via co-deposition of dopamine and polyethyleneimine as a highly anion-conducting membrane. Experimental results and molecular dynamics simulations show that co-deposition of dopamine and polyethyleneimine effectively tailors the membrane surface properties, intensifying the charge shielding effect and enabling fast anion transfer for highly efficient electrodialysis. The resulting nanoporous membrane exhibits unprecedented electrodialytic fractionation of organics and NaCl with negligible membrane fouling, dramatically outperforming state-of-the-art anion exchange membranes. Our study sheds light on facile design of high-performance anion-conducting membranes and associated new mass transport mechanisms in electrodialytic separation, paving the way for sustainable management of complex waste streams.
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