Control the hydrophilic layer thickness of Janus membranes by manipulating membrane wetting in membrane distillation

杰纳斯 润湿 膜蒸馏 接触角 材料科学 化学工程 超亲水性 图层(电子) 结垢 色谱法 纳米技术 海水淡化 化学 复合材料 生物化学 工程类
作者
Danting Shi,Tengjing Gong,Rui Wang,Weihua Qing,Senlin Shao
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:237: 119984-119984 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.watres.2023.119984
摘要

Janus membranes with asymmetric wettability have attracted wide attentions for their robust anti-oil-wetting/fouling abilities in membrane distillation (MD). Compared to traditional surface modification approaches, in this study, we provided a new approach which manipulated surfactant-induced wetting to fabricate Janus membrane with a controllable thickness of the hydrophilic layer. The membranes with 10, 20, and 40 μm of wetted layers were obtained by stopping the wetting induced by 40 mg L-1 Triton X-100 (J = 25 L m-2 h-1) at about 15, 40, and 120 s, respectively. Then, the wetted layers were coated using polydopamine (PDA) to fabricate the Janus membranes. The resulting Janus membranes showed no significant change in porosities or pore size distributions compared with the virgin PVDF membrane. These Janus membranes exhibited low in-air water contact angles (< 50°), high underwater oil contact angles (> 145°), and low adhesion with oil droplets. Therefore, they all showed excellent oil-water separation performance with ∼100% rejection and stable flux. The Janus membranes showed no significant decline in flux, but a trade-off existed between the hydrophilic layer thicknesses and the vapor flux. Utilizing membranes with tunable hydrophilic layer thickness, we elucidated the underlying mechanism of such trade-off in mass transfer. Furthermore, the successful modification of membranes with different coatings and in-situ immobilization of silver nanoparticles indicated that this facile modification method is universal and can be further expanded for multifunctional membrane fabrication.
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