Interlayered Interface of a Thin Film Composite Janus Membrane for Sieving Volatile Substances in Membrane Distillation

化学工程 膜蒸馏 杰纳斯 薄膜复合膜 界面聚合 化学 色谱法 材料科学 海水淡化 反渗透 有机化学 聚合物 纳米技术 单体 工程类 生物化学
作者
Zhigao Zhu,Zhu Liu,Guangming Tan,Junwen Qi,Yujun Zhou,Jiansheng Li
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (19): 7612-7623 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c00093
摘要

Hypersaline wastewater treatment using membrane distillation (MD) has gained significant attention due to its ability to completely reject nonvolatile substances. However, a critical limitation of current MD membranes is their inability to intercept volatile substances owing to their large membrane pores. Additionally, the strong interaction between volatile substances and MD membranes underwater tends to cause membrane wetting. To overcome these challenges, we developed a dual-layer thin film composite (TFC) Janus membrane through electrospinning and sequential interfacial polymerization of a polyamide (PA) layer and cross-linking a polyvinyl alcohol/polyacrylic acid (PP) layer. The resulting Janus membrane exhibited high flux (>27 L m-2 h-1), salt rejection of ∼100%, phenol rejection of ∼90%, and excellent resistance to wetting and fouling. The interlayered interface between the PA and PP layer allowed the sieve of volatile substances by limiting their dissolution-diffusion, with the increasing hydrogen bond network formation preventing their transport. In contrast, small water molecules with powerful dynamics were permeable through the TFC membrane. Both experimental and molecular dynamics simulation results elucidated the sieving mechanism. Our findings demonstrate that this type of TFC Janus membrane can serve as a novel strategy to design next-generation MD membranes against volatile and non-volatile contaminants, which can have significant implications in the treatment of complex hypersaline wastewater.
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