Grazing Incidence Wide-Angle X-ray Scattering of Water Adsorption in Polyamide Barrier Layers of Reverse Osmosis Membranes

反渗透 吸附 聚酰胺 小角X射线散射 化学工程 材料科学 散射 高分子化学 化学 光学 物理 有机化学 生物化学 工程类
作者
Qinyi Fu,Size Zheng,Nisha Verma,Roberto Gambarini,Tao Wei,B. M. Ocko,Benjamin S. Hsiao
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.4c02699
摘要

To understand the relationship between the intermolecular structure of aromatic polyamide (PA) scaffold and the water molecules in the barrier layers of reverse osmosis (RO) membranes, a grazing incidence wide-angle X-ray scattering (GIWAXS) study was carried out on freestanding PA thin films at varying relative humidity (RH) conditions. The scattering results were analyzed by an interference scattering model, containing a phase factor between a PA chain and an adsorbed water molecule. This model yielded good fits to the GIWAXS profiles where the water adsorption was found to vary linearly with RH. Atomistic molecular dynamics (MD) simulations were also performed to complement the experimental study. The simulations revealed that a rapid condensation layer initially formed on the PA film surface, followed by the slow water molecule diffusion inside the PA membrane. Sparse adsorbed water, isolated in subnanopores of the PA film adjacent to the polar atoms, even in very low quantities, modifies the X-ray scattering. Atomistic simulations at the microscopic scale provide partial support for several X-ray scattering findings.

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