Nanofiltration-Inspired Janus Membranes with Simultaneous Wetting and Fouling Resistance for Membrane Distillation

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作者
Yuanmiaoliang Chen,Kang‐Jia Lu,Wenxiao Gai,Tai‐Shung Chung
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (11): 7654-7664 被引量:77
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c01269
摘要

Membranes with robust antiwetting and antifouling properties are highly desirable for membrane distillation (MD) of wastewater. Herein, we have proposed and demonstrated a highly effective method to mitigate wetting and fouling by designing nanofiltration (NF)-inspired Janus membranes for MD applications. The NF-inspired Janus membrane (referred to as PVDF-P-CQD) consists of a hydrophobic polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane and a thin polydopamine/polyethylenimine (PDA/PEI) layer grafted by sodium-functionalized carbon quantum dots (Na+-CQDs) to improve its hydrophilicity. The vapor flux data have confirmed that the hydrophilic layer does not add extra resistance to water vapor transport. The PVDF-P-CQD membrane exhibits excellent resistance toward both surfactant-induced wetting and oil-induced fouling in direct contact MD (DCMD) experiments. The impressive performance arises from the fact that the nanoscale pore sizes of the PDA/PEI layer would reject surfactant molecules by size exclusion and lower the propensity of surfactant-induced wetting, while the high surface hydrophilicity resulted from Na+-CQDs would induce a robust hydration layer to prevent oil from attachment. Therefore, this study may provide useful insights and strategies to design novel membranes for next-generation MD desalination with minimal wetting and fouling propensity.
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