Unveiling the impact of imidazole derivative with mechanistic insights into neutralize interfacial polymerized membranes for improved solute-solute selectivity

纳滤 化学 生物污染 结垢 膜污染 废水 电渗析 渗透 正渗透 化学工程 反渗透 环境工程 生物化学 工程类
作者
Titik Istirokhatun,Yuqing Lin,Ken Kinooka,Qin Shen,Pengfei Zhang,Yuandong Jia,Atsushi Matsuoka,Kazuo Kumagai,Tomohisa Yoshioka,Hideto Matsuyama
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:230: 119567-119567 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.watres.2023.119567
摘要

Domestic wastewater (DWW) contains a reservoir of nutrients, such as nitrogen, potassium, and phosphorus; however, emerging micropollutants (EMPs) hinder its applications in resource recovery. In this study, a novel class of nanofiltration (NF) membranes was developed; it enabled the efficient removal of harmful EMP constituents while preserving valuable nutrients in the permeate. Neutral (IM-N) and positively charged (IM-P) imidazole derivative compounds have been used to chemically functionalize pristine polyamide (PA) membranes to synchronously inhibit the hydrolysis of residual acyl chloride and promote their amination. Owing to their distinct properties, these IM modifiers can custom-build the membrane physicochemical properties and structures to benefit the NF process in DWW treatment. The electroneutral NF membrane exhibited ultrahigh solute-solute selectivity by minimizing the Donnan effects on ion penetration (K, N, and P ions rejection < 25%) while imposing remarkable size-sieving obstruction against EMPs (rejection ratio > 91%). Moreover, the hydrophilic IM-modifier synergistically led to enhanced water permeance of 9.2 L m-2 h-1 bar-1, reaching a 2-fold higher magnitude than that of the pristine PA membrane, along with excellent antifouling/antibacterial fouling properties. This study may provide a paradigm shift in membrane technology to convert wastewater streams into valuable water and nutrient resources.

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