Air nanobubbles (ANBs) incorporated sandwich-structured carbon nanotube membranes (CNM) for highly permeable and stable forward osmosis

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作者
Lu Zhang,Fu Liu,Simin Yang,Shenghua Zhou,Jian‐Qiang Wang,Haibo Lin,Qiu Han,Chuyang Y. Tang
出处
期刊:Advanced membranes [Elsevier]
卷期号:2: 100026-100026 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.advmem.2022.100026
摘要

The selective transport of water/ions through conventional forward osmosis (FO) membranes is largely impeded by solution-diffusion and internal concentration polarization (ICP). Herein, we report a novel air nanobubbles (ANBs) incorporated sandwich-structured carbon nanotube membrane (CNM) for highly permeable and stable FO desalination by taking advantage of the nanofluidic transport at the solid/liquid/vapor interface. Fluorinated multi-walled carbon nanotubes (F-MWCNTs) were assembled as the superhydrophobic interlayer between a hydrophilic cellulose acetate (CA) layer and a hydrophilic polyacrylonitrile (PAN) nanofibrous layer. The trapped ANBs in the superhydrophobic F-MWCNT layer crucially regulated the continuous water flow and effectively prevented salt diffusion. When tested with DI water as feed solution (FS) and 1 ​M NaCl as draw solution (DS), the ANBs incorporated sandwich-structured CNM achieved high water flux (158.0 ​L ​m−2 ​h−1) and ultralow reverse salt flux (0.4 ​g ​m−2 ​h−1) simultaneously, far beyond the state-of-the-art FO membranes. The PAN nanofibrous layer well protected the entrapped ANBs to allow a more durable FO performance. An ANBs-regulated nanofluidic flow model was proposed to elucidate selective water/salt transport mechanism. This work revealed the feasibility of ANBs incorporated membranes for osmosis-driven processes.
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