Regulating the thickness of nanofiltration membranes for efficient water purification

纳滤 界面聚合 化学工程 聚酰胺 薄膜复合膜 材料科学 复合数 单体 色谱法 反渗透 化学 聚合物 高分子化学 复合材料 生物化学 工程类
作者
Kailin Tang,Linsheng Zhu,Piao Lan,Yunqiang Chen,Zhou Chen,Yihong Lan,Lan Wei-guang
出处
期刊:Nanoscale advances [Royal Society of Chemistry]
卷期号:5 (18): 4770-4781 被引量:11
标识
DOI:10.1039/d3na00110e
摘要

Fabrication of an organic polymer nanofiltration membrane with both high water permeability and high salt rejection is still a big challenge. Herein, phytic acid (PhA)-modified graphene oxide (GO) was used as the membrane thickness modifier, which was introduced into the thin-film nanoparticle composite (TFN) membrane via in situ interfacial polymerization (IP) on a porous substrate. The water flux of the optimally tuned TFN-GP-0.2 composite membrane is 48.9 L m-2 h-1, which is 1.3 times that of the pristine thin-film composite (TFC) nanofiltration membrane (37.9 L m-2 h-1) (GP represents the PhA modified GO composite). The rejection rate of 2000 ppm MgSO4 for TFN-GP-0.2 membranes was maintained at 97.5%. The increased water flux of the TFN-GP composite membrane compared to that of the TFN nanofiltration membrane was mainly attributed to enhanced hydrophilicity and reduced thickness of the polyamide (PA) layer. Molecular dynamics (MD) simulations confirm that the diffusion rate of amine monomers is reduced by the presence of a GP complex in the IP process, which facilitates the formation of PA layer with thinner thickness. In addition, the TFN-GP-0.2 composite membrane also showed good long-term stability; after 12 h of continuous operation, the water flux only decreased by 0.1%. This study sheds new light on the development of GO-based nanofiltration for potential implementation, as well as a unique concept for manufacturing high-performance nanofiltration membranes.
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