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POSS-Functionalized Graphene Oxide/PVDF Electrospun Membranes for Complete Arsenic Removal Using Membrane Distillation

石墨烯 膜蒸馏 氧化物 材料科学 化学工程 纳米复合材料 聚偏氟乙烯 聚合物 复合材料 海水淡化 化学 纳米技术 生物化学 工程类 冶金
作者
Sebastian Leaper,Edgardo Avendaño Cáceres,Jose Miguel Luque‐Alled,Sarah H. Cartmell,Patricia Gorgojo
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:3 (4): 1854-1865 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acsapm.0c01402
摘要

This work demonstrates very high removal rates (below the detection limit of 0.045 ppb) of inorganic arsenic from water using electrospun polyvinylidene difluoride (PVDF) membranes enhanced by the addition of functionalized graphene oxide in membrane distillation. This shows potential for applications in the many parts of the world suffering from arsenic-contaminated groundwater. These membranes were enhanced by the addition of reduced graphene oxide functionalized with superhydrophobic polyhedral oligomeric silsesquioxane molecules (POSS-rGO) into the spinning solutions. The flux of the best-performing rGO-enhanced membrane (containing 2 wt % POSS-rGO) was 21.5% higher than that of the pure PVDF membrane and almost double that of a commercial polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane after 24 h of testing, with rejection values exceeding 99.9%. Furthermore, the flux of this membrane was stable over 5 days (∼28 L m–2 h–1) of continuous testing and was more stable than those of the PTFE and control membranes when treating a concentrated fouling solution of calcium carbonate and iron(III) sulfate heptahydrate. It also achieved higher permeate quality in these conditions. The Young's modulus and ultimate tensile strength of the best-performing membrane increased by 38 and 271%, respectively, compared to the pure polymer membrane, while both had similar porosities of ∼91%.
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