Robust PVDF/PSF hollow-fiber membranes modified with inorganic TiO2 particles for enhanced oil-water separation

材料科学 化学工程 中空纤维膜 复合材料 纤维 化学 生物化学 工程类
作者
Dong Zou,Hyun Woo Kim,Seong Min Jeon,Young Moo Lee
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:652: 120470-120470 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120470
摘要

HPollow-fiber (HF) membranes with high tensile strength and water permeance and composed of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and polysulfone (PSF) were prepared using phase inversion to enhance separation of oil-in-water (O/W) emulsions. Hydrophilic inorganic particles of titanium dioxide (TiO 2 ) were coated onto PVDF/PSF membrane surfaces with the aid of Pluronic and polydopamine (PDA). The pore structure, hydrophilic properties, and tensile strength of HF membranes can be finely tuned by varying the TiO 2 concentration in the coating solution. Pluronic or PDA-assisted TiO 2 coating enhanced the adhesion between TiO 2 and membrane surface as revealed by X-ray photoelectron spectroscopy and stability tests. These HF membranes achieved enhanced O/W emulsion separation in a crossflow filtration process. A Pluronic-stabilized HF membrane achieved a higher rejection rate (above 99.5%) and stable permeance (∼650 Lm -2 h −1 bar −1 ) in a micro-sized emulsion (soybeans-in-water) at a TiO 2 concentration of 0.75 wt% compared with a pristine HF membrane. Meanwhile, PDA-stabilized HF membranes exhibited 99% rejection and stable permeance of 410 Lm -2 h −1 bar −1 toward nano-sized emulsion (hexane-in-water) when the PDA@TiO 2 composite concentration was 0.75 wt%, while a pristine HF membrane achieved a rejection rate of only ∼90% and a permeance <200 Lm -2 h −1 bar −1 . The enhanced hydrophilicity and decorated pore structure produced by hydrophilic TiO 2 with the aid of polymers (Pluronic or PDA) enhanced the separation performance of both micro- and nano-sized O/W emulsions through HF membranes. • Robust and hydrophilic TiO 2 /PVDF/PSF hollow fiber (HF) membranes were fabricated. • Pluronic or polydopamin (PDA) were used to assist TiO 2 coating on PVDF/PSF HF membranes. • PDA@TiO 2 HF membrane showed smaller pore size (∼60 nm) for nano-sized O/W emulsion separation. • Pluronic@TiO 2 HF membranes were suitable for micro-sized emulsions such as soybean-in-water.
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