Interfacial Polymerization of Aromatic Polyamide Reverse Osmosis Membranes

界面聚合 单体 聚酰胺 材料科学 化学工程 反渗透 聚合 高分子化学 两亲性 纳滤 沉淀聚合 共聚物 聚合物 自由基聚合 化学 复合材料 工程类 生物化学
作者
Size Zheng,Jacob R. Gissinger,Benjamin S. Hsiao,Tao Wei
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.4c16229
摘要

Polyamide membranes are widely used in reverse osmosis (RO) water treatment, yet the mechanism of interfacial polymerization during membrane formation is not fully understood. In this work, we perform atomistic molecular dynamics simulations to explore the cross-linking of trimesoyl chloride (TMC) and m-phenylenediamine (MPD) monomers at the aqueous–organic interface. Our studies show that the solution interface provides a function of "concentration and dispersion" of monomers for cross-linking. The process starts with rapid cross-linking, followed by slower kinetics. Initially, amphiphilic MPD monomers diffuse in water and accumulate at the solution interface to interact with TMC monomers from the organic phase. As cross-linking progresses, a precross-linked thin film forms, reducing monomer diffusion and reaction rates. However, the structural flexibility of the amphiphilic film, influenced by interfacial fluctuations and mixed interactions with water and the organic solvent at the solution interface, promotes further cross-linking. The solubility of MPD and TMC monomers in different organic solvents (cyclohexane versus n-hexane) affects the cross-linking rate and surface homogeneity, leading to slight variations in the structure and size distribution of subnanopores. Our study of the interfacial polymerization process in explicit solvents is essential for understanding membrane formation in various solvents, which will be crucial for optimal polyamide membrane design.
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