Fluorination as a powerful tool for improving water/salt selectivity of hydrophilic polyethersulfone

化学 选择性 盐(化学) 溶剂 聚合物 水运 化学工程 吸附 高分子化学 扩散 有机化学 水流 环境工程 物理 工程类 吸附 催化作用 热力学 生物化学
作者
Chenchen Zhang,Huanping Wu,Shunan Feng,Jianqiang Meng
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:687: 122030-122030 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2023.122030
摘要

Fluorination is an important tool for tuning polymer free volume properties, but the effect of fluorination on the water/salt transport properties of desalting polymers remains uncertain. In this work, a series of novel cysteine-based polyethersulfones (PES-Cys and PES-Cys-2F, PES-Cys-6H and PES-Cys-6F, PES-Cys-8H, and PES-Cys-8F) were designed in pair (4,4'-difluorodiphenyl sulfone versus 3,3',4,4'-tetrafluorodiphenyl sulfone, bisphenol A versus hexafluorobisphenol A, and 4,4'-dihydroxybiphenyl versus decafluorobiphenyl). Upon casting into membranes via the solvent evaporation method, the membranes/polymers were characterized by 1H NMR, FTIR, XRD, DSC, Zeta potential, and the water/salt transport properties of the membranes was investigated systematically. It has been demonstrated that fluorination brings out greater spatial site resistance, stronger hydrophobicity, and higher electronegativity to polyethersulfone chains, leading to decreased water sorption but increased salt sorption. Fluorinated polyethersulfone displayed higher water diffusion coefficient because the C–F group can shatter water clusters into water molecules, which can diffuse more rapidly. Fluorinated polyethersulfone exhibit superior water/salt selectivity, with the most rigid PES-Cys-8F of the highest fluorine content showing water/salt selectivity over the empirical upper bound line. The enhanced water/salt selectivity is mostly because that fluorination improves water permeability by significantly increasing the water diffusion coefficient, while the electrostatic barrier provided by the electronegative fluorine atoms inhibits salt diffusion. This study provides valuable theoretical guidance for future molecular design of antioxidant desalting polymers.
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