In-situ growth of poly(m-phenylenediamine) in polyethylene (PE) matrix for nanofiltration membranes enabling outstanding selectivity of both mono-/di-valent ions and dyes/salt mixtures with enhanced water flux

纳滤 渗透 选择性 化学工程 聚酰胺 化学 界面聚合 聚合 高分子化学 材料科学 色谱法 聚合物 有机化学 渗透 单体 催化作用 工程类 生物化学
作者
Nuanyuan Xu,Pengjia Dou,Hui Wen,Changkun Liu
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:328: 124951-124951 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.124951
摘要

Membrane-based nanofiltration is a crucial technique for treating dyestuff-salts wastewater, owing to its excellent selectivity towards mono/multivalent ions and organic matter. In this study, a facile and highly practical method was employed to enhance the hydrophilicity of the PE matrix through in-situ growth of poly(m-phenylenediamine) on the PE fibrils via the chemical oxidative polymerization of MPD. The inclusion of the poly(m-phenylenediamine) on PE enables the formation of homogenous and defect-free PA layer showing a unique honeycomb-like Turing morphology with characteristic crater-belt structure. Furthermore, the pendant amine groups from the poly(m-phenylenediamine) chain promotes the formation of a PA layer with a smaller effective mean pore size and a sharper pore size distribution, resulting from the formation of an extra polyamide network (reaction of PMPD with TMC) within the PA layer. The as-prepared PE-based NF membrane exhibits a high pure water permeance of 17.7 LMH bar−1, exceptional Na2SO4 rejection of 99.3%, and a long-term stability for cross-flow filtration for over 10 days. The PE-based NF membrane exhibits the water flux 2.2 times higher than that of the commercially available DK and DL membranes while maintaining a high salt rejection. Additionally, the PE-based NF membrane demonstrates exceptional selectivity, with a value of 115 for the separation of NaCl/Na2SO4 and 339.8 for Cl-/SO42- in a binary salt mixture. Furthermore, the PE-based NF membrane shows ultra-high selectivity values of 990 for CR/NaCl and 1039 for MB/NaCl in the treatment of dye/salt mixtures, respectively, which are significantly higher than those of the DK and DL membranes. The findings of this study highlight the potential of the in-situ growth of poly(m-phenylenediamine) on PE fibrils as a simple and cost-effective method for the modulation of hydrophilicity to enhance the NF membrane performance.
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