Ultra-permeable silk-based polymeric membranes for vacuum-driven nanofiltration

纳滤 渗透 材料科学 过滤(数学) 化学工程 压力降 巴(单位) 工艺工程 化学 渗透 工程类 数学 生物化学 热力学 统计 物理 气象学
作者
Bowen Gan,Lu Elfa Peng,Wenyu Liu,Lingyue Zhang,Li Wang,Li Long,Hao Guo,Xiaoxiao Song,Zhe Yang,Chuyang Y. Tang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53042-6
摘要

Abstract Nanofiltration (NF) membranes are commonly supplied in spiral-wound modules, resulting in numerous drawbacks for practical applications (e.g., high operating pressure/pressure drop/costs). Vacuum-driven NF could be a promising and low-cost alternative by utilizing simple components and operating under an ultra-low vacuum pressure (<1 bar). Nevertheless, existing commercial membranes are incapable of achieving practically relevant water flux in such a system. Herein, we fabricated a silk-based membrane with a crumpled and defect-free rejection layer, showing water permeance of 96.2 ± 10 L m −2 h −1 bar −1 and a Na 2 SO 4 rejection of 96.0 ± 0.6% under cross-flow filtration mode. In a vacuum-driven system, the membrane demonstrates a water flux of 56.8 ± 7.1 L m −2 h −1 at a suction pressure of 0.9 bar and high removal rate against various contaminants. Through analysis, silk-based ultra-permeable membranes may offer close to 80% reduction in specific energy consumption and greenhouse gas emissions compared to a commercial benchmark, holding great promise for advancing a more energy-efficient and greener water treatment process and paving the avenue for practical application in real industrial settings.
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