Leveraging Janus Substrates as a Confined "Interfacial Reactor" to Synthesize Ultra-permeable Polyamide Nanofilms

聚酰胺 杰纳斯 材料科学 化学工程 纳米技术 复合材料 工程类
作者
Cheng‐Ye Zhu,Haonan Li,Bian‐Bian Guo,Fang Yu,Chang Liu,Hao‐Cheng Yang,Chao Zhang,Hong‐Qing Liang,Zhi‐Kang Xu
出处
期刊:Research [AAAS00]
卷期号:7
标识
DOI:10.34133/research.0359
摘要

Porous substrates act as open “interfacial reactors” during the synthesis of polyamide composite membranes via interfacial polymerization. However, achieving a thin and dense polyamide nanofilm with high permeance and selectivity is challenging when using a conventional substrate with uniform wettability. To overcome this limitation, we propose the use of Janus porous substrates as confined interfacial reactors to decouple the local monomer concentration from the total monomer amount during interfacial polymerization. By manipulating the location of the hydrophilic/hydrophobic interface in a Janus porous substrate, we can precisely control the monomer solution confined within the hydrophilic layer without compromising its concentration. The hydrophilic surface ensures the uniform distribution of monomers, preventing the formation of defects. By employing Janus substrates fabricated through single-sided deposition of polydopamine/polyethyleneimine, we significantly reduce the thickness of the polyamide nanofilms from 88.4 to 3.8 nm by decreasing the thickness of the hydrophilic layer. This reduction leads to a remarkable enhancement in water permeance from 7.2 to 52.0 l/m 2 ·h·bar while still maintaining ~96% Na 2 SO 4 rejection. The overall performance of this membrane surpasses that of most reported membranes, including state-of-the-art commercial products. The presented strategy is both simple and effective, bringing ultrapermeable polyamide nanofilms one step closer to practical separation applications.

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