Long-Chain PFASs-Free Omniphobic Membranes for Sustained Membrane Distillation

润湿 材料科学 膜蒸馏 化学工程 表面张力 纳米技术 复合材料 化学 海水淡化 热力学 生物化学 物理 工程类
作者
Xuewei Du,Mohammad Alipanahrostami,Wei Wang,Tiezheng Tong
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (20): 23808-23816 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsami.2c01499
摘要

Omniphobic membranes possessing high wetting resistance have been created for the treatment of challenging hypersaline feedwaters with low surface tension through membrane distillation (MD). However, virtually all such membranes are fabricated with long-chain per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs, ≥8 fluorinated carbons). The environmental risks and high bioaccumulation potential of long-chain PFASs have raised increasing concerns. Developing highly wetting-resistant MD membranes while avoiding the use of long-chain PFASs is essential to improve the viability of MD for resilient and sustainable water purification. We demonstrate that MD membranes with exceptional wetting resistance can be designed through the combination of hierarchically structured membranes consisting of re-entrant texture at different length scales and (ultra)short-chain fluorocarbons, which have lower acute toxicity and bioaccumulation potentials than long-chain PFASs. Our hierarchically structured membrane with three-tier micro/nanostructure fabricated with short-chain fluorocarbon possesses superior wetting resistance, which is comparable to or higher than the long-chain PFASs-based omniphobic membranes reported in the literature. Furthermore, the hierarchically structured membranes fabricated with ultrashort-chain fluorocarbons display improved wetting resistance against feedwaters with low surface tension. Our findings indicate that long-chain PFASs are not required when designing wetting-resistant membranes and that the balance between sustainability and wetting resistance should be tailored to the wetting potential of the feedwater.
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