Potocatalytic antifouling membrane with dense nano-TiO2 coating for efficient oil-in-water emulsion separation and self-cleaning

生物污染 化学工程 材料科学 膜 二氧化钛 渗透 光催化 乳状液 润湿 涂层 结垢 接触角 油滴 化学 复合材料 催化作用 有机化学 工程类 生物化学
作者
Yang Yang,Qiaoyun Lai,Sakil Mahmud,Jiangyan Lu,Gaosheng Zhang,Zehui Huang,Qihang Wu,Qingyi Zeng,Yongshi Huang,Huifang Lei,Zhu Xiong
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:645: 120204-120204 被引量:72
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2021.120204
摘要

Herein, a dense rutile nano-titanium dioxide (TiO2) coating was constructed on the nonwoven fabric (NWF) membrane surfaces via the bio-inspired TiO2 sol-gel method. The mineralization of nano-TiO2 was large-scale and uniform on the non-woven fabrics (NWF) surface, reducing membrane surface roughness and pore sizes; nevertheless, largely improving the dynamic water super-wetting, water penetration, and underwater oil repellency due to the excellent water affinity. Nuclear magnetic resonance (NMR) revealed the hydration layer of the NWF was reinforced by the surface-mineralized nano-TiO2, thus preventing the bovine serum albumin (BSA) and emulsified oil droplets from fouling. Even after the 180 min of continuous emulsion separation, the mineralized NWF (TiO2-PDA/PEI-NWF-M) only suffered from the mild decline of permeation fluxes from ∼55 L/m2•h to ∼43 L/m2•h and oil rejection from ∼94% to ∼83%, respectively. After illuminated under UV light, it was recovered successfully because of the in-situ generation of reactive species (e.g. •OH, •O2− and 1O2) on TiO2 weakened the interaction of foulants on the membrane surface. The photoactive self-cleaning provided the TiO2-PDA/PEI-NWF-M with better efficiency of oil-fouling reduction, permeation fluxes recovery, and oil removal than those of simple water and harsh NaClO washing. Most importantly, the TiO2-PDA/PEI-NWF-M maintained its surface physical and chemical characteristics after vigorous cross-flow shearing for 48 h. It provided the practical potential in developing the high-efficient and free-chemical self-cleaning with the high and stable flux recovery for the tricky crude oil/water emulsion remediation.
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