Chelation-directed interface engineering of in-place self-cleaning membranes

超亲水性 螯合作用 化学工程 结垢 膜污染 涂层 惰性 化学 乳状液 材料科学 清洁剂 纳米技术 生物化学 无机化学 接触角 工程类 有机化学
作者
Xuwu Yang,Yangxue Li,Dan Wu,Linlin Yan,Jian Guan,Yajie Wen,Yongping Bai,Bhekie B. Mamba,Seth B. Darling,Lu Shao
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (11)
标识
DOI:10.1073/pnas.2319390121
摘要

Water–energy sustainability will depend upon the rapid development of advanced pressure-driven separation membranes. Although energy-efficient, water-treatment membranes are constrained by ubiquitous fouling, which may be alleviated by engineering self-cleaning membrane interfaces. In this study, a metal-polyphenol network was designed to direct the armorization of catalytic nanofilms (ca. 18 nm) on inert polymeric membranes. The chelation-directed mineralized coating exhibits high polarity, superhydrophilicity, and ultralow adhesion to crude oil, enabling cyclable crude oil-in-water emulsion separation. The in-place flux recovery rate exceeded 99.9%, alleviating the need for traditional ex situ cleaning. The chelation-directed nanoarmored membrane exhibited 48-fold and 6.8-fold figures of merit for in-place self-cleaning regeneration compared to the control membrane and simple hydraulic cleaning, respectively. Precursor interaction mechanisms were identified by density functional theory calculations. Chelation-directed armorization offers promise for sustainable applications in catalysis, biomedicine, environmental remediation, and beyond.
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