Thin Film Polyamide Nanocomposite Membrane Decorated by Polyphenol-Assisted Ti3C2Tx MXene Nanosheets for Reverse Osmosis

材料科学 MXenes公司 纳米复合材料 聚酰胺 化学工程 反渗透 薄膜复合膜 涂层 渗透 界面聚合 纳米技术 复合材料 聚合物 单体 工程类 生物 遗传学
作者
Kiyoumars Zarshenas,Haozhen Dou,Saeed Habibpour,Aiping Yu,Zhongwei Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (1): 1838-1849 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acsami.1c16229
摘要

Transition-metal carbides (MXenes), multifunctional 2D materials, have caught the interest of researchers in the fabrication of high-performance nanocomposite membranes. However, several issues regarding MXenes still remain unresolved, including low ambient stability; facile restacking and agglomeration; and poor compatibility and processability. To address the aforementioned challenges, we proposed a facile, green, and cost-efficient approach for coating a stable layer of plant-derived polyphenol tannic acid (TA) on the surface of MXene (Ti3C2Tx) nanosheets. Then, high-performance reverse osmosis polyamide thin film nanocomposite (RO-PA-TFN) membranes were fabricated by the incorporation of modified MXene (Ti3C2Tx-TA) nanosheets in the polyamide selective layer through interfacial polymerization. The strong negative charge and hydrophilic multifunctional properties of TA not only boosted the chemical compatibility between Ti3C2Tx MXene nanosheets and the polyamide matrix to overcome the formation of nonselective voids but also generated a tight network with selective interfacial pathways for efficient monovalent salt rejection and water permeation. In comparison to the neat thin film composite membrane, the optimum TFN (Ti3C2Tx-TA) membrane with a loading of 0.008 wt % nanofiller revealed a 1.4-fold enhancement in water permeability, a well-maintained high NaCl rejection rate of 96% in a dead-end process, and enhanced anti-fouling tendency. This research offers a facile way for the development of modified MXene nanosheets to be successfully integrated into the polyamide-selective layer to improve the performance and fouling resistance of TFN membranes.
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