Constructing ultra-permeable pillar[5]arene-based membrane with intramolecular water channels and precise molecular fractionation

界面聚合 化学工程 纳滤 分馏 渗透 选择性 化学 单体 水溶液 聚合 高分子化学 离子键合 色谱法 材料科学 离子 有机化学 聚合物 渗透 生物化学 工程类 催化作用
作者
Jinting Hu,Sem Bleus,Linde Achten,Yi Li,Samuel Eyley,Wim Thielemans,Ivo F.J. Vankelecom,Alexander Volodin,Wim Dehaen,Xing Yang
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:692: 122282-122282 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2023.122282
摘要

Designing membranes with synthetic water channels has become an emerging topic to overcome the ubiquitous selectivity/permeability trade-off effect. In this study novel ultra-permeable thin film composite membranes with precise molecular fractionation were successfully fabricated. Per-hydroxylated pillar[5]arene (P[5]A), a macrocycle with a highly regular, cylindrical, angstrom-scale intramolecular cavity was applied as the aqueous monomer in interfacial polymerization (IP) to construct water channels in a thin film composite membrane. The competing effects of esterification and alkali-induced hydrolysis during IP were validated by investigating the effect of fabrication conditions. With almost complete rejection of model dyes >99.0% (e.g., Congo Red & Direct Red 23) and low retention of salts (e.g., 4.5% for NaCl & 18.9% for Na2SO4), the optimal membrane exhibited an ultra-high water permeance up to 267.1 L·m−2·h−1·bar−1, which is 3–10 times higher than most literature-reported membranes for similar applications. Also, the precision of dye/salt fractionation of the membrane was not affected by the increased feed salinity, with overall stable performance in 72h continuous operation. A high flux recovery of >94.5% proved that the membrane had low fouling propensity. Overall, the new route explored in this study provided inspiration for designing ultra-permeable membranes with precise molecular separation for environmental applications.
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