Modification of nanofiltration membranes using beta-cyclodextrin derivatives with different functional groups for enhanced removal of organic micropollutants

渗透 纳滤 界面聚合 化学 聚酰胺 化学工程 选择性 环糊精 单体 水溶液 高分子化学 有机化学 聚合物 渗透 生物化学 工程类 催化作用
作者
Xinxin Wei,Kaiming Fan,Peng Cheng,Yanling Liu,Shengji Xia
出处
期刊:Desalination [Elsevier]
卷期号:573: 117219-117219 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.desal.2023.117219
摘要

Simultaneous enhancement in the removal of organic micropollutants (OMPs) and water permeance is highly desirable for nanofiltration (NF)-based drinking water treatment. This study employed two cyclodextrin derivatives with different functional groups, i.e., (2-hydroxypropyl)-β-cyclodextrin (HP-β-CD) and sulfobutylether-β-cyclodextrin (SBECD), as aqueous additives for polyamide (PA) membrane fabrication. Characterization results revealed that HP-β-CD tended to enrich piperazine (PIP) monomers through hydrogen bonding, resulting in a thin but dense PA layer. Conversely, SBECD moderated PIP diffusion through electrostatic forces and steric hindrance, participated more in the interfacial polymerization reaction and yielded an active layer with a coexistence of polyester and polyamide. Both the CD derivative modified membranes exhibited improved surface hydrophilicity, enhanced roughness, and reduced active layer thickness, leading to over 60 % water permeance improvement without the obvious variation of pore size. This enabled the optimal membranes, especially the HP-β-CD incorporated one, highly advantageous in overcoming the trade-off effect between water permeance and OMP rejection. Meanwhile, the strongly negatively charged SBECD modified membrane showed reduced rejections for divalent cations, making it more resistant to scaling. This study offers an efficient approach to tailoring membrane water/solute selectivity and solute/solute selectivity, which has great potential in NF membrane development for drinking water treatment.
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