A hydrophilic near dissolved organic matter microfiltration (NDOM MF) membrane prepared using multifunctional porogen synthesized via metal-free atom transfer radical polymerization for highly efficient microplastic removal

微滤 过滤(数学) 原子转移自由基聚合 化学工程 聚合 两亲性 化学 相位反转 材料科学 色谱法 聚合物 有机化学 共聚物 统计 工程类 生物化学 数学
作者
Hoan Minh Tran,Donggyu Kwak,Uje Lee,Seungwon Chang,Duy Thanh Tran,Jaewoo Lee
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:480: 147564-147564 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147564
摘要

Microplastic (MP) pollution has emerged as a global concern. One of the practical alternatives is a microfiltration (MF) process using MF membranes with a high MP removal rate and high water permeability simultaneously. In this study, we developed a highly permeable PVC-based MF membrane capable of effectively separating MP by using amphiphilic PVC, which can serve as a pore-forming agent during phase separation and as a hydrophilic modifier after solidification. We developed a new organic photocatalyst under UV light to synthesize amphiphilic PVC via metal-free atom transfer radical polymerization. With 3 wt% amphiphilic PVC, the mean pore size increased to 0.86 µm, which was 3 times larger than the control PVC membrane (0.25 µm). Furthermore, the modified PVC (m-PVC) membrane reduced the contact angle of the membrane from 80.6° to 58.3°, indicating a significant improvement in the hydrophilicity of the membrane. The larger pores and increased hydrophilic properties made the m-PVC membrane 15 times more permeable than the control, while still maintaining a removal rate of approximately 99.9 % in a water filtration test with a 1 µm bead solution. The modified PVC membrane also operated consistently under varying pH conditions. Lastly, the m-PVC membrane exhibited a 12 times lower transmembrane pressure than the control during the constant flux filtration test, resulting in a 5 times lower specific filtration energy despite a 2 times longer filtration time. We hope this study could contribute to creating a new trend in MP removal utilizing a highly porous MF membrane, which is cut out for highly efficient removal of particulate pollutants and high water permeability simultaneously.
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