Effect of solution ions on the charge and performance of nanofiltration membranes

纳滤 Zeta电位 聚酰胺 离子 表面电荷 离子键合 氯化物 化学工程 胺气处理 吸附 色谱法 无机化学 化学 高分子化学 工程类 物理化学 有机化学 生物化学 纳米颗粒
作者
Rebecca S. Roth,Liat Birnhack,Mor Avidar,Elizabeth A. Hjelvik,Anthony P. Straub,Razi Epsztein
出处
期刊:npj clean water [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41545-024-00322-9
摘要

Abstract Considering growing efforts to understand and improve the solute-specific selectivity of nanofiltration (NF) membranes, we explored the ion-specific effects that govern the charge and performance of a loose polyamide NF membrane that is commonly used for solute-solute separations. Specifically, we systematically evaluated the zeta potential of the membrane under different conditions of pH, salinity, and ionic composition, and correlated the obtained data with membrane performance tested under similar conditions. Our results identify the p K a of both carboxylic and amine groups bonded to the membrane surface and suggest that the highly polarizable chloride anions in the solution adsorb to the polyamide, increasing its negative charge. We also show that monovalent cations of different “stickiness” can neutralize the negative membrane charge to different extents due to their varying tendency to sorb to the polymer matrix or screen the fixed carboxyl groups on the membrane surface. Notably, our correlation between zeta potential measurements and permeability experiments indicates the substantial contribution of solution ions to Donnan exclusion in NF membranes.
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